第九章气-液-固三相反应工程
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2 气—液—固三相反应工程气—液—固三相反应是反应工程中的一个新兴领域,具有巨大的现实及潜在的应用价值。
应用:石油加工中的加氢反应煤化工中的煤的加氢催化液化反应使用固相为催化剂的三相催化反应矿石的湿法加工过程中,固相为矿石的三相反应发酵及抗生素生产过程中的三相反应。
2.1 气—液—固三相反应的类型及宏观动力学2.1.1 气—液—固三相反应的类型2.1.1.1 按反应物系的性质分为下列类型:⑴固相是反应物或是产物的反应。
固体为催化剂而液相为反应物或产物的反应(占大多数)。
⑵液相为惰性相的气—液—固催化反应,液相作为热载体。
⑶气体为惰性相的液—固反应,空气起搅拌作用。
2.1.1.2 气—液—固反应器按床层中颗粒的运动状态分成:⑴固体处于静止的固定床⑵固体处于运动的悬浮床。
1)固定床气—液—固三相反应器反应器中固体是静止不流动的。
根据气流和液流的方向,有三种操作方式:气体和液体并流向下流动并流向上流动逆流流动在不同的流动方式下,反应器中的流体力学、传质和传热条件是不同的。
滴流床(或涓流床)反应器:液体向下流动,以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂;气体以连续相以并流或逆流流动(通常是气流和液流并流向下流动),这种反应器对石油加工中的加氢反应特别有利。
滴流床反应器的优点:在平推流下操作,可获得较高转化率。
液固比(或液体滞留量)很小,可使均相反应的影响降至最低。
液层很薄,使总的液层阻力比其它类型的三相反应器要小。
并流操作不存在液泛问题。
压降比鼓泡反应器小。
滴流床反应器的缺点:在大型滴流床反应器中,低液速操作时液流径向分布不均匀。
如沟流、旁路,可能引起固体催化剂润湿不完全,并且引起径向温度不均匀,形成局部过热,使催化剂迅速失活并使液层过量气化。
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,组分在液相中的扩散系数比在气体中的扩散系数低许多倍,催化剂孔隙中充满着液相,内扩散的影响比气-固相反应器更为严重。