淤浆反应器

表观气速
是影响气含率最主要的因素。随着气速的增大,分布器
孔气速增加,一方面促使鼓泡速度加快,另一方面气泡直 径减小,上升速度减小,在床层滞留时间长,结果促使气 含率增大。当气速增大到一定数值,气泡发生合并,气含 率随表观气速增大的速率趋于平缓。
固体完全悬浮的临界气速
得高转化率，可采用间歇操作，或采用连续多级串联操作。
催化剂微粒常会使搅拌器、泵壳、泵轴和反应器壳体造成
磨损。
反应器具有高荷液量则
过程的速率控制步骤 不同流型的优缺点---主要是返混程度 所需要的辅助设备的复杂性和投资
过程速率控制步骤

流型
当淤浆的性能可作为拟液体时，如颗粒直径≤50µ m， 且固含率不超过16％，气—液两相流动的流动状态分区图 可适用于气—液—固三相鼓泡淤浆反应器。 上述流型间的过渡条件与液体特性、气体分布器的设 计、颗粒特性及床层尺寸等因素有关。 对于高粘度的流体在很低的表观气速下可形成栓塞流。 气体分布器如采用微孔平均直径低于150µ m的素烧陶 瓷板，当表观气速达0.05～0.08m／s时，仍为气泡分散区。 当多孔板孔径超过lmm时，气泡分散区仅存在于很低的表 观气速。 所以，鼓泡淤浆床反应器能否使用图2流动状态分区 图需视淤浆及分布器等具体情况而定。
小组成员：马成、侯向阳、蔡相毅
淤浆反应器的产业化进程
1997年 1996年
美国建立了日产260t 三相床合成装置
Sasol公司实现费托合
成技术的工业化
Rheinpreussen公司建成淤浆反应器中试规模实验厂
1953年 最早
应用于费托合成

淤浆反应器
淤浆反应器中反应物通过悬浮于液相中的催化剂 微粒进行反应。催化剂颗粒粒度通常在10~1000μm 之间，借助气流鼓泡或机械搅拌而悬浮于液相， 由于固体悬浮于液相，成浆状，故称淤浆反应器。
由于实验条件的限制，反应器内部多相流动及传递现象的研究主要集中在低温、 低压及小管径的情况;而工业生产大多是在加温、加压下进行的，同时压力和 温度对多相流体力学性能的影响非常突出。
液体循环速度
外循环淤浆反应器中，液体循环速度是影响气含率、
固含率及其分布的主要因素。循环液速的增加，加剧 了反应器中流体湍动、气泡破碎、增大气液两相接触 面积、强化了传质和传热。对于三相系统，循环液速 的增加，有利于固体颗粒沿床层均匀分布，因此它是 一个非常重要的参数。在循环管直径确定后，液体循 环速度主要受气速影响。
鼓泡淤浆床反应器中存在均相鼓泡区、非均相鼓
泡区、节涌区、发泡区及泡沫区等几种流动状态。 几种流动状态不一定同时存在。反应器内的流动 状态主要由反应物系的热物理性质、操作条件、 反应器结构与尺寸所决定。
结语
尽管有很多突出的优点，浆态床反应器的产业化进程却非常缓慢，主要原因 在于浆态床反应器的放大很困难。 一般固定床反应器的放大是通过增加列管数来实现的，而浆态床反应器的放 大只能通过增加反应器的直径。 浆态床反应器放大存在的主要问题有：分布器堵塞、逆流、催化剂分布不均 匀、温度分布不均匀等。
决定三相反应器选型最重要的因素，应该选择有利于控制
步骤速率加快的反应器
如果过程的控制步骤为通过气膜和/或液膜的传质，应选用气液相
界面积比大的反应器，滴流床或带机械搅拌的淤浆床反应器
如果过程的控制步骤为通过液固界面的传质，应选用单位反应器
体积催化剂外表面积大的反应器，即高固含量或使用小颗粒催化
小。
反应器易于排除热量，可内置或外置冷却设施。 可以在不停止生产条件下从反应器内排出和添加催化剂，即使对于催
化剂很快失活的反应系统，也可通过不断排出失活的催化剂，待再生 后加入的方法使反应得以实现。
缺点
需增设固体催化剂从产物中分离的设备，如采用操作费用
较昂贵的过滤设备。
连续操作时返混较大，通常可视作液相为理想混合。为获
淤浆反应器常用于石油和化工生产中，如不饱和
烃类的加氢，加氢裂解人造石油，烯烃的氧化， 醛的氧化和聚合反应等。它适用于氧化除去液相 污染物和催化煤液化等过程。
这两种反应器多用于半连续半间歇操作；液体和固体一次加入反应器，气体连续通入
机械淤浆反应器中的催化剂颗粒通常小于1mm，随液相
反应物一起排出，该反应器适用于三相反应过程的开 发研究阶段及小规模生产。 鼓泡塔淤浆反应器借助于气流鼓泡作用使固体颗粒悬 浮于液相中，由于不同搅拌作用颗粒悬浮与分散，混 合的动力，更适宜于大规模生产中使用。在作为槽式 反应器时，三相均可近似按全混流，当高径比大时， 如高径比大于8~10时，两流体可近似按平推流。
图2 鼓泡塔流动状态分布区区域图

流型
根据气泡流动的行为，可以划分出三种流动型态：
(1)安静鼓泡区，又称为气泡分散区(dispersed
bubble regime)
(2)湍流鼓泡区，又称为气泡聚并区(coalesced
bubble regime)
(3)栓塞区(sluggingregime)，又称节涌区。
剂的反应器，淤浆床反应器
如果过程的控制步骤为催化剂颗粒内的传质，应选用细颗粒催化
剂的反应器，淤浆床反应器

如果知道速率方程中的各项传递参数，通过计算可以获得速
率控制步骤但是参数很难获得 通过实验的方法


改变速率方程中的某些因素，如固含率、催化剂颗
粒尺寸、搅拌强度、操作压力、液相反应组分浓度、 气相反应组分分压等 某一因素的变化显著过程的速率，表明与该因素有 关的步骤可能是速率控制步骤
反应器类型
淤浆反应器模型化
尽管一个实际的淤浆反应器气液流动非常复杂，但其基本特征是：①
气泡离散，呈平推流②催化剂粒度小于100μm，因此催化剂完全随液 体运动，与液体均匀混合。由此得到淤浆床反应器的数学模型建立方 法
浆态床反应器的流体力学
流型 表观气速
固体完全悬浮的临界气速

淤浆反应器的反应模型
淤浆反应器为三相反应过程。当固体微粒是催化剂
时．反应过程包括几个串联阶段所组成：①反应组分 A从气相主体扩散到气液界面②A从气液界面扩散到液 相主体，③组分A和液相中反应组分B从主体扩散至催 化剂外表面；④A和B在催化剂微孔中扩散并反应；⑤ 生成物自催化剂微孔向外表面扩散⑥反应产物由催化 剂外表面扩散到液相主体中。
优点 淤浆反应器的液体荷液量大，且有良好的传热、传质和混和性能，反

应温度均匀且无热点存在，即使在强放热反应的条件下也不会发生超 温现象。
催化剂颗粒小，有利于高活性催化剂的应用。对于内扩散阻力会使催
化剂失活或选择性降低的情况，淤浆反应器将是很合适的。
由于气液剧烈的搅动．淤浆反应器的外扩散阻力也较涓流床反应器为
气含率
液体循环速度 床层压降 流动状态
流型
鼓泡淤浆床反应器其流体力学特性与气液鼓泡反应 器相同或相接近。
Deckwer等发表了气体分布器 工作良好情况下气液两相鼓泡 反应器的流型。
图1 淤浆床鼓泡反应器中的流型

流型
对水—空气系统，气液 鼓泡反应器的流动状态 与区域
床层压降
床层压降也是影响淤浆床反应器设计与放大的重要因
素，它直接制约着反应器正常运作中的动力消耗。另 外，床层压降过大会使反应器中反应气体分压产生不 良的影响，从而改变反应系统的转化率及选择性。
流动状态
淤浆床反应器内的流体力学性能、混合特性、传 递过程，都与反应器内的主要流动状态有关。流 动状态不同，则其流体力学性能、混合特性、传 递过程必定不同。
对于鼓泡淤浆床反应器，固体完全悬浮时的临界气速
是非常重要的操作参数。鼓泡淤浆反应器中操作气速 一定要超过固体完全悬浮时的临界气速，才能正常操 作。 临界气速取决于颗粒的特性、固体的浓度、液体特性 及床层特性，如床层直径与分布器直径之比，分布器 的类型及开孔率，有无导流筒等因素有关。
气含率
气含率是淤浆反应器中气体所占的体积分率，它 直接与气液接触面积有关，影响气液传质，是造 成液体循环的推动力，影响液体循环速度。因此， 气含率是决定反应器特性的重要参数。 影响气含率的因素颇多，有进口气速，进料液速， 循环液速和气体分布板型式等。影响气含率最主 要因素是气速，对于外循环淤浆反应器，气速的 增加，对应着循环液速的提高，两者都影响气含 率，对于特定的反应系统，平均气含率随气速的 增大而增大。