第二章(2)气液固三相浆态床反应器2

数值模拟法
对比实验和数值模拟的结果，评估模型的准确性和可靠性。
对比分析法
实验方案
04
实验结果及数据分析
气液固三相生物反应器流动特性
反应器内流体流动状态对生物降解过程有重要影响。实验结果表明，增加气体流量有助于提高液体和固体颗粒的混合程度，从而提高酚类物质的降解效率。
降酚特性动态行为
实验中，反应器内的生物膜对酚类物质的吸附和降解表现出动态变化。在吸附阶段，生物膜对酚类物质的吸附速率随着时间延长而逐渐降低；在降解阶段，生物膜对酚类物质的降解速率则随着时间延长而逐渐提高。
降酚特性动态行为数据分析
数据分析
05
结论及展望
气液固三相生物反应器的流动特性
气液固三相生物反应器的降酚特性
动态行为研究
结论
反应器优化设计
通过对反应器流动和降酚特性的深入研究，可以进一步优化反应器的设计，提高其运行稳定性和降酚效率。
生物相选择与培育
深入研究不同生物相对降酚效果的影响，并针对特定物料选择或培育高效的生物相。
多学科交叉合作
加强与化学工程、物理学、生物学等相关学科的交叉合作，共同推进气液固三相生物反应器的研究与应用。
操作条件优化
进一步研究不同操作条件对反应器流动和降酚特性的影响，找出最佳的操作条件，以提高反应器的运行效果。
展望
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实验结果
通过测量反应器内不同位置的流速、混合程度等参数，结合数学模型进行数据分析，发现增加气体流量可以显著提高液体和固体颗粒的混合程度，从而有利于酚类物质的降解。
气液固三相生物反应器流动特性数据分析
通过对实验过程中各阶段酚类物质的吸附和降解速率进行测量和计算，结合数学模型进行数据分析，发现生物膜对酚类物质的吸附和降解速率均随时间延长而发生变化。具体表现为，吸附速率随时间延长而逐渐降低，而降解速率则随时间延长而逐渐提高。这一动态变化规律为优化反应器操作条件、提高酚类物质降解效率提供了重要依据。

令
k a = A exp[k d = k 'exp[-
Ea ] R gT
Ed ] R gT
k a , k d 分别称为吸附速率常数和脱附速率常数。
又∵吸附速率与未覆盖表面分率(即空位率)成正比， 即 f( A ) = V = 1- A ; ' 脱附速率与表面覆盖率成正比,即f ( A )= A 。
式(2.2-4)即为化学吸附速率的一般表达式。
（二）均匀表面吸附等温方程
均匀表面吸附层模型是由Langmuir提出的，该 模型认为吸附过程遵循下列条件：
1）催化剂表面是均匀的 ; 2）吸附分子间没有相互的作用 ; 3）吸附和脱附可以建立动态平衡。
该模型实际上反映了一种理想情况，因此，该 模型又称为理想吸附模型。
r = k a p A (1- A ) - k d A
式(2.2-5)称为Langmuir吸附速率方程。
(2.2-5)
* 当吸附达到平衡时，r=0 则 k a p A (1- A ) =k d A 令 b = k a /k d ，
可得
bp * A A = 1+bp * A
(2.2-6)
式(2.2-6)称为Langmuir吸附等温方程 式中 b － 吸附平衡常数，其值的大小表明固体表面吸附能 力的强弱程度； p * － 组分A的吸附平衡分压。 A
t
p
b
相关公式
= p Vg
b = p (1 - ) = t (1 - ) (1 - )
=
床层中颗粒间自由体积（即空隙体积） 整个床层体积
ra =
2Vg Sg
rA = k 1 f1 (y) - k 2 f 2 (y) = k 1 f 1 (y) [ 1 = k 1 f 1 (y) [ 1 k 2 f 2 (y) ] k 1 f1 (y) f 2 (y) ] K f1 (y) y

8 年产6万吨料浆法磷铵国产化装置
1995年化工部科技进步一等奖
9 磷酸污水封闭循环处理技术与装置研究
1992年国家科技进步三等奖
10 磷酸污水封闭循环装置研究
1991年四川省科技进步奖
11 二水法磷酸-中和料浆浓缩法制磷铵中间试验
1986年化工部科技进步一等奖
12 中和料浆浓缩法4000吨/年粉状磷酸铵中间试验
ZL96117727.6 ZL85104948.6 ZL01107215.63 ZL200510022154.1 ZL200510021390.1 ZL200610021647.8 ZL03117215.6 ZL99117405.4 ZL02245379.2 ZL02221221.3 ZL03135410.6
氮磷钾三元复肥生产方法
梁 斌，邱礼有，江礼科
内冷式转鼓熔融喷浆造粒机
梁 斌、张全忠、罗俊国、郭志坚、 刘钟海
具有规则通道的规整催化剂
梁 斌、蒋 炜、胡俊文、张全忠
一种甲醇裂解制CO和H2反应用新型催化剂
储伟，慈志敏，徐士伟，戴晓雁
四川大学本科生课程化学工艺学
专利号
ZL02113425.1
ZL95111247.3
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（2）回转床造粒与干燥
（3）微泡气浮系统
分离液体中的悬浮物
石油、印染、电镀、皮革、造纸等污水处理
原
溶 气 水
选矿
悬 浮
水
物
颗粒产品
磷铵的回转氨化造粒机 1筒体；2管梁；3挡轮组；4驱动装置； 5托轮；6挠性胶板；7料浆洒器；8氨分布器
反应，干燥，造粒 反应，传质，传热与传动
r = (11~15)/sqrt(D)
实现

具有导流筒的三相环流反应器。
工业悬浮床反应器优点
由于存液量大，热容量大，并且悬浮床与传热元件之 间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量及调 节床层温度。
对于强放热多重反应可抑制其超温和提高选择率。 三相悬浮床反应器可以使用含有高浓度反应物的原料
气，并且仍然控制在等温下操作，这在固定床气-固 相催化反应器中由于温升太大而不可能进行。 三相悬浮床反应器使用细颗粒催化剂，可以消除内扩 散的影响。
例如，对于轻循环油加氢过程，当原料油含氮
（质量分数）分别为0.04%，0.1%及0.16%时， 反 应 温 度 分 别 为 355 ～ 365℃ ， 385 ～ 395℃ 及 430～435℃。
氢油比
加氢裂化过程中热效应较大，氢耗量相应较 大，一般采用较高的氢油比，即含氢气体在STP 状态下的体积流量（m3/h）与20℃原料油体积流 量（m3/h）之比为1000～2000。
催化剂颗粒较易磨损，但磨损程度低于气-固相流化床； 气相呈一定程度的返混，影响了反应器中的总体速率。
实例
煤或天然气制合成气主要含CO和H2，经费-托合成反 应，再经加氢或异构化反应，制成汽油、柴油、石蜡等 产品是原料油制燃料油以外另一个主要的燃料油生产路 线，又称间接液化。费托合成一般选择压力0.5～3.0MPa， 反应温度200～350℃，决定于所使用催化剂的性质。
可以在不停止操作的情况下更换催化剂； 催化剂不会象固定床中那样产生烧结。
鼓泡淤浆床反应器有下列缺点：
要求所使用的液体为惰性，不与其中某一反应物发生任
何化学反应，在操作状态下呈液态，蒸汽压低且热稳定 性好，不易分解，并且不含对催化剂有毒物质。但三相 床中进行氧化反应时，耐氧化的惰性液相热载体的筛选 是一个难点；

空速:影响选择性和转化率,直接关系到催化剂的生产 能力和单位时间的放热量。
适宜的空速与催化剂的活性、反应温度及进塔气体 的组成有关
ZnO-Cr2O3: 20000-40000h-1 CuO-ZnO-Al2O3： 10000h-1
●增加空速在一定程度上能够增加甲醇产量
●增加空速有利于反应热的移出，防止催化剂过热
ZnO-Cr2O3：
380 ～ 400℃
CuO-ZnO-Al2O3： 230 ～ 270℃
与副反应相比，主反应是摩尔数减少最多而平衡常数最小的 反应，因此增加压力合成甲醇有利
反应压力 反应压力因催化剂种类而异
b.空速
ZnO-Cr2O3： 30 MPa CuO-ZnO-Al2O3： 5 ～10MPa
眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。 身体防护：穿防静电工作服。 手防护： 戴橡胶手套。
急救措施
皮肤接触：脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。 吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，
要输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 食入：饮足量温水，催吐，用清水或1%硫代硫酸钠溶液洗胃。就医
上世纪40年代以后随着天然气的大量发现, 以煤为原料的甲醇 生产受到冷落。天然气是生产甲醇、合成氨的清洁原料，具有投 资少、能耗低、污染小等优势，世界甲醇生产有90％以上是以天 然气为原料，煤仅占 2%。但是在南非以煤为原料的甲醇工业化生 产从未中断过。 考虑到未来能源的发展及环境保护等方面的因素, 以煤为原料 的甲醇生产工艺又重新受到人们的重视.我国由于受天然气资源和 价格的制约，国家已经限制用天然气生产化工产品，而是把天然 气优先用于城市作燃料，在我国,已建和在建的甲醇装置中以天然 气为原料的约占三分之一左右。

费托合成反应器的技术进展作者：徐志新来源：《科技创新导报》 2014年第24期徐志新(神华新疆吐鲁番煤化工有限责任公司新疆吐鲁番 838100)摘要：费托合成反应器是间接液化的核心技术之一，该文介绍了费托合成反应器的种类、特点及其主要开发过程，对固定床、流化床和浆态床三种反应器的特点进行了分析对比。

因浆态床具有生产能力大、传热效率高、可在线更新催化剂、制造成本低等优点，也是费托合成工业开发的主要发展方向。

浆态床反应器开发的关键是固液、分离、反应热移取、气体分布器的研究和开发。

关键词：费托合成固定床流化床浆态床固液分离中图分类号：TQ53文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)08(c)-0047-04以费托合成工艺为核心的间接液化技术可以将煤或天然气转化优质石脑油、柴油和润滑油基础油、高附加值化学品等多种产品，这些产品几乎不含为不含硫、氮和芳烃。

在石油资源紧张，价格看涨的背景下，间接液化是石油替代能源的重要技术路线。

费托合成技术从催化剂体系而言可分为钴基和铁基；从反应温度可分为低温费托和高温费托；作为费托合成工艺中的核心装置，费托合成反应器又可分为固定床、流化床和浆态床三种。

这三种反应器各有缺点，也都实现了工业化。

固定床反应器从二战期间就开始应用，至今Sasol和Shell还有部分装置在正常运转。

流化床（循环流化床和固定流化床）只有南非Sasol公司掌握工业化技术，目前国内认为浆态床是大型费托合成装置的主要发展方向。

该文就费托合成床反应器的工业化技术过程、特点及开发重点作一概述。

1 费托合成反应器的发展概况1.1 固定床反应器固定床反应器也是催化剂筛选和化学工程开发的常用技术。

固定床反应器用于低温费托合成，钴基和铁基催化剂都适用。

二战期间的德国和因种族隔离遭到国际社会制裁的南非都开发和使用固定床反应器并进行工业化生产。

1955年第一个商业化固定床反应器在南非Sasol公司建成投产，该反应器直径3?m，内部由装填催化剂的2千多根内径5?cm、长12?m的管子组成；管外为饱和水，通过水的气化潜热将管内的反应热移出。

床层宏观反应动力学
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第十五页，编辑于星期五：十四点 二分。
涓流床三相反应器
1、气、液并流向下通过固定床的流 体力学 (1)气，液稳定流动区——当气速较低 时，液体在颗粒表面形成滞流液膜， 气相为连续相， “涓流状”。气速增 加称为“喷射流”；
(2)过渡流动区——继续提高气体流速，床 层上部是喷射流，下部出现脉冲现象。
缺点——大型涓流床反应器低液速操作的液流径向分布不均匀， 局部过热，催化剂迅速失活。催化剂颗粒不能太小，而大颗粒催 化剂存在明显的内扩散影响；轴向温升，可能飞温。
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第六页，编辑于星期五：十四点 二分。
悬浮床气—液—固反应器
①机械搅拌悬浮式； ②淤浆床鼓泡反应器，以气体鼓泡搅拌； ③不带搅拌的气、液两相流体并流向上，而颗粒不带出床外 的三相流化床反应器； ④三相携带床反应器，不带搅拌的气、液两相流体并流向上， 而颗粒随液体带出床外的三相输送床反应器；
(3)二个反应相，第三个是惰性相：液相为惰性相的气—固催化 反应，液相作为传热介质，如一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类、 醛类、酮类和酸类的混合物；气体为惰性相的液—固反应，气体 起搅拌作用，例如硫酸分解硫铁矿槽式反应釜内用空气搅拌。
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第二页，编辑于星期五：十四点 二分。
第三页，编辑于星期五：十四点 二分。
安静鼓泡区、湍流鼓泡区、栓塞流区。 上述流区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。
例如，对于高粘性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150um的素烧陶瓷板，当表 观气速达0.05一0.08m/s时，仍为安静鼓泡区，当多孔板孔径超 过1mm时，气泡分散区仅存在于很低的表观气速。