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气固反应的研究与应用气固反应是指气体与固体之间发生的化学反应，它在材料科学、工程领域以及能源、环境等方面具有广泛的研究和应用。
在气固反应中，反应物通过分子扩散、表面反应等方式在固体表面进行反应，生成新的化合物。
这种反应方式具有一定的复杂性和灵活性，因此在工业上广泛应用。
一、气固反应的基本原理在气固反应中，固体表面会吸附一层气体分子，并与其发生反应。
反应可以发生在固体表面或者内部空隙中，而反应速率主要取决于气-固相相互作用和化学反应。
气体分子在固体表面被吸附后，可以通过吸附层上的反应位点与固体表面反应，也可以在吸附层内扩散到其他反应位点与固体表面反应。
固体表面反应的速率通常比吸附层内扩散速率慢得多。
二、气固反应的应用1. 燃烧反应燃烧反应是气固反应应用的一种重要形式，它产生的氧化热可以用于发电和工业加热领域。
例如，在燃煤锅炉中，固体燃料中的碳和氢可以和空气中的氧气反应，生成二氧化碳和水，并释放出热能。
2. 催化反应在氧化还原反应、水分解、氮气还原等催化反应中，催化剂可以显著提高反应速率。
例如，在氨的工业制备中，通过硝酸钠和钙铁矿等催化剂的配合，可以显著提高氨的产量和选择性。
3. 材料合成气固反应在新材料的制备和改性中也发挥着重要作用。
例如，氮化硅晶体是一种重要的半导体材料，在制备过程中需要通过氮化硅和硅片表面的氮化反应来合成。
此外，金属和半导体材料的气相沉积和气相淀积是新材料制备中常用的方法。
三、气固反应技术的发展随着材料科学和工业技术的发展，气固反应技术已经得到了广泛的应用，同时也涌现出一系列挑战。
例如，在气相淀积过程中，固体表面的晶面定向和晶体质量会对薄膜的性能产生影响，其中的一些问题仍需要进一步研究和解决。
此外，在催化剂合成和反应过程中，催化作用机理仍存在争议。
为此，需要更深入的研究气固反应的基本原理和机制，以便更好地应用它们。
综上所述，气固反应的研究和应用是一个不断发展的领域，它具有广泛的应用前景和深远的意义。
实验9 气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定一．实验目的1．了解气升式环流反应器的工作原理、结构形式及应用的领域。
2．掌握气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定方法。
3．掌握电导仪及测氧仪的使用方法。
4．学习利用组态王软件进行实验过程的数据采集和数据处理的方法。
二．实验原理气升式环流反应器是近年来作为化学反应器和生化反应器而发展起来的一种新型高效气-液两相反应器和气-液-固三相反应器。
气升式环流反应器是利用反应气体的喷射动能和液体的循环流动来搅动反应物料，所以具有结构简单、造价低、易密封、能耗低，也不会由于机械搅拌破坏生物细胞等优点。
广泛用于化工、石油化工、生物化工、食品工业、制药工程和环境保护等领域。
对反应器的结构尺寸进行恰当的设计后，能得到较好的环流流动的循环强度，在反应器内形成良好的循环，促进固体催化剂粒子的搅动。
因而环流反应器对于反应物之间的混合、扩散、传热和传质均很有利，既适合处理量大的较高粘度的流体又适合处理热敏感性的生物物质，还可用于气-液两相或气-液-固三相之间的非均相化学反应。
根据气升式环流反应器降液管的形式可将环流反应器分为内环流反应器和外环流反应器两种。
内环流反应器是指气体从升气管下方喷射进入反应器，使得升气管中液体的气含率大于降液管中液体的气含率，引起两者之间存在密度差，从而使得环流反应器中的液体在气体带动下得以循环起来。
外环流反应器是指将降液管移到反应器的外面，循环原理和内环流反应器相同。
实验中利用体积膨胀高度法测定气含率ε；利用电导脉冲示踪法测量液体循环速度uL ；利用动态溶氧法测定氧体积传质系数KLa。
三．实验装置和流程1．实验装置气升式内环流反应器的结构简图见图2-9-1，实物装置见图2-9-2。
进入反应器的气体喷射至升气管后，由于气体的喷射动能和升气管内流体的密度降低，迫使升气管中流体向上，降液管中流体向下做有规则的循环流动，从而在反应器中形成良好的混合和反应条件。
clearly underst ood. De partments at all level s shoul d strictly im plement the check i n the Office of party Committee evaluation, sig nificant a ccounta bility a nd rewar d incentive system, pay close attenti on to duty ca sh a nd maki ng unit y, rights, re sponsibil ities, a nd to i ns pire each of ca dres spirit and morale, Super courage. Investee insists, i s a dee p topic, i s a real pr oblem, i s a big issue. Today, I just combi ned t his yea r, the city's Communist Party Committee Office, had some rough talk a nd understanding, w e must strengt hen re search and excha nges i n this regar d in the future. Investee i n the new year, we must hol d high t he ba nner of Deng Xia opi ng theory a nd t he "three re prese nts" theory t he great ba nner of, under the correct lea dership of the CPC, a dhere t o the people-orie nted, i nsist on trut h, adhere first to excell ence, efforts to do Office w ork to a new level. S peech at the Conference on t he system of gover nment offices i n the city around the development of servi ce functi on to create a ne w situation in the work of the Office of the city's system of Gover nment--speech at the Confere nce on the system of governme nt offices in t he cityThis system of government offices worki ng in t he city's main task i s to st udy Governme nt systems of administrative supervisio n, a dministrative informati on, a dministrative re cepti on a nd i nformation te chnol ogy issues. For the me eting, t he City May or Ma has made importa nt instr ucti ons, the Municipal Gover nment Office fully pre pared brewi ng, combi ned wit h pra ctical w ork to develop the noti ce on furt her strengt heni ng the supervisi on w ork, the XX, Chief Informati on i nterim measures for 2005 a nd t he city's system of Governme nt Administrati on i nformatization construction task statement and other docume nts. Before the Ge neral Assembly a nd organizati on of counties (di stricts) of the scene t o observe t he Government Office, a chieve t he purpose of excha nges of w ork, thoug ht. Today, the ang Mayor also attended t he meeting and delivere d an im porta nt spe ech in t he midst, hope g ood grasp of implementati on. Next, I would l ike to make a few remarks. A, and around Center, l ook s at devel opment, strengthe ned service, city gover nment system Office w ork rendering atmosphere in re cent years, city governme nt system Office to华东理工大学2013—2014学年第一学期《反应器分析》课程论文 2013.10班级__________ 学号____________ 姓名____________开课学院________________ 任课教师____________成绩__________ 论文题目：论文要求：1、内容要求与化学反应过程及化学反应器相关。
气固环流反应器的研究进展刘梦溪;卢春喜;时铭显【摘要】Gas-solids airlift loop reactor (GSALR) is a novel gas-solids fluidized bed reactor by appropriately coupling gas-liquid airlift loop reactor and dense-phase gas-solids fluidization theory. The recent advances in GSALR are reviewed, referring to researches on internally circulating fluidized bed, and analyzing the influence of the operating condition and geometric configuration on gas-solids hydrodynamic behavior. Based on the discussion, future research direction is also given.%气固环流反应器是将气液环流理论与稠密气固流态化理论进行合理移植、耦合而形成的一种新型气固流化床反应器.对近年来国内外学者在该领域的研究进行了回顾,参考了内循环流化床的一些研究结果,对操作条件、几何结构对气固环流反应器内两相流体力学行为的影响规律进行了总结和分析,并对进一步的研究进行了展望.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(064)001【总页数】8页(P116-123)【关键词】流态化;气固流化床;环流反应器;流体力学;热量传递【作者】刘梦溪;卢春喜;时铭显【作者单位】中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249;中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京 102249【正文语种】中文【中图分类】TQ052.5引言环流反应器是一种高效的气液反应器，被广泛应用在石油化工、冶金、制药等领域中［1］。
自1955年被提出至今，对环流反应器的研究与应用绝大多数都集中在气液、气液固体系［1］，涉及气固体系的研究较少［2－4］。
气固环流反应器将气液环流的理论合理地移植、耦合到气固体系，实现了可控的平推流与有限全混流的有机结合，具有高效的气固接触效率，有序的颗粒流动，可控的颗粒停留时间，优秀的传热、传质性能，结构简单等诸多优点。
近年来，国内外学者通过大量的实验研究，使其在石油炼制领域实现了工业化应用。
本文主要综述了国内外在气固环流这一新领域内的研究结果、进展和工业应用情况，借鉴相近领域的研究成果进行分析，并指出了今后的研究方向。
1 气固环流反应器基本结构及操作区域气固环流反应器的结构如图1所示，在常规流化床中部插入一个同心布置的圆筒即导流筒（draft tube），导流筒将流化床分为导流筒区（draft tube region）和环隙区（annulus region），导流筒以上的密相床层称为气固分离区（gas－solid separator），导流筒下沿到导流筒分布器［中心气升式，图1（a）］或环隙分布器［环隙气升式，图1（b）］之间的区域为底部区域（bottom region）。
在导流筒区和环隙区的底部各设置有一个气体分布器，分别控制通入的气体量，在导流筒区和环隙区形成两个床层密度不同的流化床，并在底部区域产生一个压力差，推动颗粒在导流筒区和环隙区间循环流动。
如图1所示，若通入导流筒区的气体量大于通入环隙区的气体量，颗粒在导流筒（上升区）内向上流动，在环隙区向下流动，则称为中心气升式环流反应器（draft tube－lifted gas－solid air loop reactor）［2］，若通入环隙的气体量大于通入导流筒内的气体量，颗粒在环隙区（上升区）内向上流动，在导流筒内向下流动，则被称为环隙气升式环流反应器（annulus－lifted gas－solid air loop reactor）［3］。
图1 气固环流反应器和内循环床Fig.1 Schematic diagram of gas－solid air loop reactor and internally circulating fluidized bed内循环流化床（internally circulating fluidized bed）［5－7］是一种结构与环流反应器相似的气固流化床，主要处理Geldart B类颗粒，是一种改良的喷动床，其结构如图1（c）所示。
内循环流化床的导流筒直径一般很小，横截面积远远小于环隙面积。
导流筒内气固流动为稀相输送，环隙区则为移动床。
内循环流化床与气固环流反应器在操作床型、流体力学行为等方面有很大的差异［3］，但二者在结构上有相似之处，因此内循环流化床的研究成果对气固环流反应器的研究有一定的借鉴作用。
2 气固环流反应器的流体力学行为2.1 环流反应器的启动问题（start－up problem）环流反应器内颗粒环流流动的推动力来自导流筒区和环隙区底部的压力差，当这一压力差大于颗粒环流流动产生的阻力时，就可以实现颗粒的环流。
谢建平［8］、Liu等［3］在环隙气升式环流反应器中发现只有当环隙区表观气速为导流筒区表观气速的2～2.5倍时才可以实现环流，这是因为底部空间内存在由环隙区到导流筒区的窜气行为（gas bypassing），窜气的方向与颗粒环流的方向相反，降低了颗粒环流的推动力。
Kim 等［5－7］、Yang等［9］在内循环床中也发现了类似的现象，Lee等［5］的实验显示只有当内环流床导流筒区表观气速大于环隙区表观气速7倍以上才可以实现稳定的环流，这一气速比远大于环流反应器启动时的比例，主要是由于二者的流体力学行为和实验采用的颗粒物性不同所引起的。
2.2 气固环流反应器内的气体交换环流反应器内不同区域间的气体交换（窜气行为）对反应器的启动、颗粒环流具有显著的影响，当窜气方向与底部区域内颗粒环流方向一致时，窜气有助于颗粒的环流，反之则阻碍颗粒的环流。
图2给出了环隙气升式气固环流反应器底部区域床层密度沿径向的分布［8］，其中环隙气体分布器开孔位置为r／R＝0.82。
可以看出，随着环隙表观气速的增加，床层密度的最低点逐渐向反应器中心移动并最终进入导流筒投影区，说明由环隙气体分布板出来的气泡趋向于向导流筒内流动，当环隙表观气速大于0.5m·s－1时，有大量的气泡窜入了导流筒内。
图2 底部区域内床层密度沿径向的分布Fig.2 Radial distribution of bed density in bottom region of annulus－lifted gas－solid fluidized bed（uGD＝0.05m·s－1）有关研究表明，内循环流化床中同时存在由环隙底部向导流筒区和导流筒底部向环隙区双方向的窜气行为（Byung 等［10］，Jeon等［11］ Ahn等［12］），其中环隙区向导流筒区的窜气量远大于导流筒区向环隙区的窜气量（Jeon等［11］），Ahn等［12］发现窜气量最高可达40%左右。
几何结构是窜气现象最主要的影响因素。
谢建平［8］将环隙气体分布器开孔由沿截面均匀布置改为单排开孔（r／R＝0.83），并将底部间隙减小，发现图2中的密度分布得到了极大改善，窜气现象基本消失。
Jeon等［11］在内循环床中发现环隙区采用环式气体分布器能显著减小窜气量，其次为锥面板分布器，平板风帽式分布器窜气量最大。
Yang等［9］在内循环床中设置了多个气体分布器，发现从不同的分布器给气，窜气量发生了很大变化。
Claflin等［13］发现增加环隙面积可以降低窜气量，筛孔式导流筒底部区域的窜气量小于不开孔的导流筒。
操作条件对窜气量也有影响。
Jeon等［11］发现在环隙区表观气速很小的情况下（1.1＜uGD／umf＜1.6），由环隙区窜至导流筒的气量随着导流筒区表观气速的增加而增加，随着环隙区表观气速的增加而降低，通入环隙区的气体中最高有60%窜入导流筒区。
Ahn等［12］发现当uGD／umf由7增加到10时，由环隙区窜至导流筒区的气体量由35%增加到40%左右，而反方向的窜气则由3.5%降低到1%。
Jeon等［11］将测得的实验数据与Song等［14］、Ahn等［12］和Shih 等［15］的数据比较发现，导流筒区和环隙区出口的气量比始终维持在入口气量比的2.5倍左右。
藏量对窜气量也有影响，但目前得到的结果并不一致，如Chandel等［16］发现无论对于细颗粒（dp＝0.425～0.6mm，ρp＝2606kg·m－3）还是粗颗粒（dp＝1.4～1.7mm，ρp＝2623 kg·m－3），窜气量都随着藏量的增加而减少。
但Ahn等［12］却发现静床层高度的增加对窜气量几乎没有影响。
此外，Jeon等［11］还根据实验数据提出了一个计算窜气比例的经验公式。
2.3 床层密度分布文献中对环流反应器内床层密度的报道较少，只有卢春喜等［2－3，17－18］对气固环流反应器内的床层密度分布展开了研究。
环隙气升式气固环流反应器底部区域内床层密度沿径向的分布如图3所示［3，8］。
可以看出导流筒区的床层密度大于环隙区床层密度。
底部区域存在一个滑移区（r／R≤0.64），床层密度基本不变（约820kg·m－3），对颗粒的环流十分不利。
谢建平［8］、朱效明［18］认为滑移区的存在与结构因素有关。
颗粒进入底部区域后流通面积发生改变，对颗粒流动产生阻力，使其容易堆积。
此外，分布环伸入导流筒，射流不足以影响到底部，也易产生死区。
刘梦溪等［19］通过数值模拟发现，将导流筒气体分布器由导流筒内下移至底部区域，可以有效改善底部区域的流化状态。
图4给出了模拟结果，可以看出把导流筒设置在底部区域内后，底部区域的流化质量得到了极大改善。
在r／R＝0.4附近床层密度相对较大，这是由于导流筒内表观气速较小，射流影响范围有限所致。
图3 底部区域颗粒密度沿径向的分布Fig.3 Radial distribution of bed densityin bottom region图4 导流筒分布器高度对底部区域床层密度的影响Fig.4 Influence of gas distributor axial position on radial distribution of bed density in bottom region带有两级导流筒的气固环流反应器结构如图5所示，反应器内床层密度分布如图6所示［20］。
