《高等化学反应工程》课程教学课件（PPT讲稿）第九章 气－液－固三相反应工程

武汉理工大学Wuhan University of Technology第九章气-液-固三相反应工程厚德博学追求卓越

第九章 气-液-固三相反应工程

武汉理工大学Wuhan University of TechnologyS 9.1气-液-固三相反应器的类型及宏观反应动力学s9.2三相滴流床反应器S 9.3机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器$ 9.4鼓泡淤浆床反应床S9.5气-液并流向上三相流化床反应器S9.6三相悬浮床中的相混合s 9.7压力对三相悬浮床反应器操作性能的影响S 9.8气-液-固三相悬浮床反应器的数学模型s9.9讨论与分析厚德博学追求卓越

§9.1 气-液-固三相反应器的类型及宏观反应动力学 §9.2 三相滴流床反应器 §9.3 机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器 §9.4 鼓泡淤浆床反应床 §9.7 压力对三相悬浮床反应器操作性能的影响 §9.5 气-液并流向上三相流化床反应器 §9.6 三相悬浮床中的相混合 §9.8 气-液-固三相悬浮床反应器的数学模型 §9.9 讨论与分析

武漢理工大学一.气-液-固三相反应器的类型Wuhan UniversityofTechnology反应器以反应物系的性质分类>固相为反应物或是产物的反应如加压下用氨溶液浸取氧化铜矿>固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液-固反应如煤的加氢催化液化，石油馏分加氢脱硫。液相为情性相的气-液-固催化反应，液相作为热载体如一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类混合物>气体为性相的液-固反应，空气起搅拌作用，如硫酸分解钛铁矿槽式反应釜内用气体搅拌。按床层性质分类>固定床>悬浮床厚德博学追求卓越

反应器以反应物系的性质分类 ➢固相为反应物或是产物的反应， 如加压下用氨溶液浸取氧化铜矿。 ➢固体为催化剂而液相为反应物或产物的气-液-固反应 如煤的加氢催化液化，石油馏分加氢脱硫。 ➢液相为惰性相的气-液-固催化反应，液相作为热载体 如一氧化碳催化加氢生成烃类、醇类混合物。 ➢气体为惰性相的液-固反应，空气起搅拌作用， 如硫酸分解钛铁矿槽式反应釜内用气体搅拌。 按床层性质分类 ➢固定床 ➢悬浮床 一. 气-液-固三相反应器的类型

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology1.固定床气-液-固三相反应器滴流床或称涓流床反应器V滴流床或称涓流床反应器是固定床三相反应器，液流向下流动，以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂，而连续气相以并流或逆流的形式流动，但多数是气流和液流并流向下，如下图示。气体液体液体气体气体液体图9-1固定床气-液-固反应器类型（a）并流向下；（b）逆流；14补++洁（c）并流向上气体液体液体气体气体液体(a)(b)(c)2025/8/30厚德博学追求卓越

➢ 滴流床或称涓流床反应器 2025/8/30 图9-1 固定床气-液-固反应器类型 （a）并流向下；（b）逆流； （c）并流向上 1. 固定床气-液-固三相反应器 滴流床或称涓流床反应器是固定床三相反应器，液流向 下流动，以一种很薄的液膜形式通过固体催化剂，而连续气 相以并流或逆流的形式流动，但多数是气流和液流并流向下， 如下图示

武汉理工大学Wuhan University of Technology1.固定床气-液-固三相反应器工业滴流床反应器：优点人气体在平推流条件下操作，催化剂充分地湿润，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。人在气液固反应中存在气-液界面和液-固界面的传质及传热阻力，这两种界面阻力能结合起来，使总的液层阻力比其他类型三相反应器要小人不存在液泛问题。?滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小2025/8/30厚德博学追求卓越

工业滴流床反应器： 气体在平推流条件下操作，催化剂充分地湿润，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。 在气液固反应中存在气-液界面和液-固界面的传质及传 热阻力，这两种界面阻力能结合起来，使总的液层阻力 比其他类型三相反应器要小。 不存在液泛问题。 滴流床三相反应器的压降比鼓泡反应器小 2025/8/30 优点 1. 固定床气-液-固三相反应器

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology1.固定床气-液-固三相反应器缺点工业滴流床反应器：√在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热。√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。√由于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，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重；√可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能飞温。2025/8/30厚德博学追求卓越

工业滴流床反应器： 在大型滴流床反应器中，低液速操作的液流径向分布 不均匀，并且引起径向温度不均匀，形成局部过热。 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。 由于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，内扩散的影响比气-固相反应器更为严重； 可能存在明显的轴向温升，形成热点，有时可能飞温。 2025/8/30 缺点 1. 固定床气-液-固三相反应器

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology2.悬浮床气-液-固三相反应器固体呈悬浮状态，一般使用细颗粒固体，有多种型式：7机械搅拌悬浮式鼓泡淤浆反应器（不带搅拌的悬浮床，以气体鼓泡搅拌）三相流化床反应器（气-液两相并流向上而颗粒不带出床外）三相输送床（携带床）反应器（气一液两相并流向上而颗粒随液体带出床外厚德博学追求卓越

机械搅拌悬浮式 鼓泡淤浆反应器（不带搅拌的悬浮床，以气体鼓泡搅拌） 三相流化床反应器（气-液两相并流向上而颗粒不带出床外） 三相输送床（携带床）反应器（气—液两相并流向上而颗粒 随液体带出床外） 固体呈悬浮状态,一般使用细颗粒固体，有多种型式： 2. 悬浮床气-液-固三相反应器

武汉理工大学Wuhan University of Technology2.悬浮床气-液-固三相反应器具有导流简的内环流反应器（常用生物反应工程，用于湿法D冶金中的浸取过程时，称为气体提升搅拌反应器或巴秋卡槽）出气进料出料图9-2巴秋卡槽示意图气体厚德博学追求卓越

图 9-2 巴秋卡槽示意图 具有导流筒的内环流反应器（常用生物反应工程,用于湿法 冶金中的浸取过程时，称为气体提升搅拌反应器或巴秋卡槽) 2. 悬浮床气-液-固三相反应器

武汉理工大学WuhanUniversityofTechnology2.悬浮床气-液-固三相反应器（1）机械搅拌悬浮式三相反应器：依靠机械搅拌使固体悬浮在三相反应器中，通常用于三相反应过程的开发研究阶段及小规模生产，（2）鼓泡淤浆床三相反应器：将细颗粒物料加人到气液鼓泡反应器，固体颗粒依靠气体托起而呈悬浮状态，鼓泡淤浆三相反应器比机械搅拌悬浮三相反应器适宜于大规模生产。又可细分为：三相流化床、三相输送床或三相携带床、三相循环流化床。厚德博学追求卓越

（1）机械搅拌悬浮式三相反应器：依靠机械搅拌使固体 悬浮在三相反应器中，通常用于三相反应过程的开发研究 阶段及小规模生产。 （2）鼓泡淤浆床三相反应器：将细颗粒物料加人到气液 鼓泡反应器，固体颗粒依靠气体托起而呈悬浮状态，鼓泡 淤浆三相反应器比机械搅拌悬浮三相反应器适宜于大规模 生产。 又可细分为：三相流化床、三相输送床或三相携带床、三 相循环流化床。 2. 悬浮床气-液-固三相反应器

武汉理工大学Wuhan University of Technology特点2.悬浮床气-液-固三相反应器人存液量大，热容量大，悬浮床与传热元件之间的给热系数远大于固定床，容易回收反应热量和控制床层等温人可以使用高浓度原料气，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人使用细颗粒催化剂，可以消除内扩散过程的影响，但由于增加了液相，增加了气体反应组分通过液相的扩散阻力。人易于更换、补充失活的催化剂，但又要求催化剂耐磨损。人使用三相流化床或三相携带床时，则存在液-固分离的技术问题，三相携带床存在淤浆输送的技术问题。厚德博学追求卓越

存液量大，热容量大，悬浮床与传热元件之间的给热系数远 大于固定床,容易回收反应热量和控制床层等温。 可以使用高浓度原料气，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。 使用细颗粒催化剂，可以消除内扩散过程的影响，但由于增 加了液相，增加了气体反应组分通过液相的扩散阻力。 易于更换、补充失活的催化剂，但又要求催化剂耐磨损。 使用三相流化床或三相携带床时，则存在液-固分离的技术 问题，三相携带床存在淤浆输送的技术问题。 2. 悬浮床气-液-固三相反应器 特点