《化学过程工艺学》第七章 气液固三相
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化学反应工程 第四版朱炳辰 气液固三相反应工程共37页文档
。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
化学反应工程 第四版朱炳辰 气液固三相 反应工程
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
化学反应工程 第四版朱炳辰 气液固三相 反应工程
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
3气液固三相流化床反应器
主要内容
三相流化床简介、结构及工作原理 三相流化床流体力学的研究 三相流化床传质的研究 三相流化床传热的研究 三相流化床新领域的开发应用
三相流化床简介
气-液-固三相反应工程是化学反应工程领域中 最令人感兴趣的领域之一。与传统的气-固相催化 反应器相比，在气-液-固三相反应器中，由于有 液相作为热载体和对固体催化剂的悬浮作用，使 反应和传递性能有很大的改进。三相流化床具有 高效传质的特点，适用于化学吸收、除尘等多种 场合。在流化床反应器中，液体自下而上运动， 会同气体的悬浮作用，使固体颗粒在反应器内呈 均匀流动状态。
三相流化床的结构及工作原理
流化床气液固三相反 应典型流程
2.恒温糟 3.供气系 统 4.碳酸钙粉末 添加装置 5.多孔 挡板 6. 补料槽 7. 蠕动泵 8.出气并 出料口
图1 三相流化床生物反应器
三相流化床的结构及工作原理
操作条件对压降的影响
2.uL对压降的影响
图3显示了在几种气速下不同 的uL对的影响。从图中可以看出， 在其它条件不变的情况下，△p随 着uL的增加而略有下降。由于液体 与气体并流，所以液体对固体颗粒 的流化起到了促进作用，uL值越大， 促进作用越强，相对来说气体对流 化作用就有所减弱，而床层流化程 度的上升必定造成△p的下降。同 时流化程度的增加，使得气泡聚并 的机会减少，则气含率就会有所增 加，引起床层混合平均密度下降， 也造成床层压降的降低。
实验流程
反应装置如右图1所示。反应 器为一直径0.07m，高1.0m的透明 有机玻璃塔，在0.49m处设有45o锥 角，高度0.05m的锥体；0.54m以 上为直径0.14m的扩大段。冷态实 验中气相为空气，液相为水，因相 为100~180目的砂子。实验时按事 先所确定的因含率加入适量的砂子。 气体则由一台小型风机经缓冲计量 后由反应器底部侧面进入，并通过 气体分布板进入反应器，在反应器 上端扩大段(使气液两相易于分离) 气液分离后放空。液体经流量计计 量后，由反应器底部经分布器进入 反应器并与气体并流，在反应器上 端扩大段，经溢流口过滤后排出。
三相流化床简介、结构及工作原理 三相流化床流体力学的研究 三相流化床传质的研究 三相流化床传热的研究 三相流化床新领域的开发应用
三相流化床简介
气-液-固三相反应工程是化学反应工程领域中 最令人感兴趣的领域之一。与传统的气-固相催化 反应器相比，在气-液-固三相反应器中，由于有 液相作为热载体和对固体催化剂的悬浮作用，使 反应和传递性能有很大的改进。三相流化床具有 高效传质的特点，适用于化学吸收、除尘等多种 场合。在流化床反应器中，液体自下而上运动， 会同气体的悬浮作用，使固体颗粒在反应器内呈 均匀流动状态。
三相流化床的结构及工作原理
流化床气液固三相反 应典型流程
2.恒温糟 3.供气系 统 4.碳酸钙粉末 添加装置 5.多孔 挡板 6. 补料槽 7. 蠕动泵 8.出气并 出料口
图1 三相流化床生物反应器
三相流化床的结构及工作原理
操作条件对压降的影响
2.uL对压降的影响
图3显示了在几种气速下不同 的uL对的影响。从图中可以看出， 在其它条件不变的情况下，△p随 着uL的增加而略有下降。由于液体 与气体并流，所以液体对固体颗粒 的流化起到了促进作用，uL值越大， 促进作用越强，相对来说气体对流 化作用就有所减弱，而床层流化程 度的上升必定造成△p的下降。同 时流化程度的增加，使得气泡聚并 的机会减少，则气含率就会有所增 加，引起床层混合平均密度下降， 也造成床层压降的降低。
实验流程
反应装置如右图1所示。反应 器为一直径0.07m，高1.0m的透明 有机玻璃塔，在0.49m处设有45o锥 角，高度0.05m的锥体；0.54m以 上为直径0.14m的扩大段。冷态实 验中气相为空气，液相为水，因相 为100~180目的砂子。实验时按事 先所确定的因含率加入适量的砂子。 气体则由一台小型风机经缓冲计量 后由反应器底部侧面进入，并通过 气体分布板进入反应器，在反应器 上端扩大段(使气液两相易于分离) 气液分离后放空。液体经流量计计 量后，由反应器底部经分布器进入 反应器并与气体并流，在反应器上 端扩大段，经溢流口过滤后排出。
《化学过程工艺学》第七章 气液固三相
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
工科背景下化工过程分析与合成课程教学改革--评《化学过程工艺学》(第2版)
书评㊃广告工科背景下化工过程分析与合成课程教学改革 评‘化学过程工艺学“(第2版)高晓新(常州大学石油化工学院,江苏常州213164)化工过程分析与合成课程是一门结合化学工艺与化学工程理论的综合性课程,对于提高当代大学生有效组织化工过程工艺流程的能力㊁实现我国化工专业人才的创新发展具有重要指导价值㊂在工科背景下加强对该课程的教学改革研究,能够切实增强专业学科的教学质量,为新时期祖国发展提供重要的专业优秀人才㊂由刘代俊㊁蒋文伟和张昭编著,化学工业出版社出版的‘化学过程工艺学“(第2版)一书,对化学加工过程中的共性特点进行了整合分类,并在综合考虑工艺核心反应过程中相间的变化特点和相应的分离过程的基础上,以典型的工业实例为现实案例,对固㊁液㊁气相间物质的转化过程和工业处理手段进行了分析和阐述,从专业角度为读者提供了更广阔的化工视野,可作为高等院校化工及相关专业本科生的教材,也可为相关化工专业研究人员提供理论参考㊂该书共分为九章㊂第一章详细介绍了化学工业在世界经济发展中的重要性㊁发展特点㊁发展动力,并进一步指出化学过程工艺学的高校教学任务㊂第二章从化学矿㊁煤㊁石油三个方面对化学工业资源进行了全面论述㊂第三章介绍了固体化学矿的初加工及液固相间的化学工程㊂第四章介绍了液相中的化工处理过程㊂第五章与第六章分别介绍了气-固相体系的物相转化与化学加工以及气液相系统中的物质转化与化学加工方法㊂第七章对气-液-固三相中进行的化工过程进行了全面论述㊂第八章进一步阐述了固相过程与高温合成原理㊂第九章则论述了循环经济与生态工业园区的集成㊂化学工业作为国民经济的基础型产业之一,是创新工业革命的有力助手㊂在新的经济发展阶段,加强工科背景下化工过程分析与合成课程教学改革研究,有助于促进我国工程教育的改革,进一步提高我国工程教育的质量,为推动我国化工教育的国际化发展步伐提供重要支撑㊂首先,加强课程内容的选择完善,重构化工过程分析与合成课程体系建设㊂新世纪以来,高校扩招使得我国培养的工科类专业毕业生数量逐年递增,中国高等教育向着现代化方向改革发展的同时,我国的工科毕业生却存在与社会发展需求严重脱节的现象㊂工科背景下,化工过程分析与合成专业课程的教学思想和教学手段相对落后,学生很难得到有效培养和训练,实践和创新能力明显不足㊂因此,为推动我国化工专业教育改革发展,建设更为科学合理的化工专业教育体系㊁为国家发展建设培养综合素质全面发展的化工专业人才成为迫切之需㊂化工过程分析与合成课程涉及的专业基础知识繁冗复杂,这与教学课时的时限性之间构成了较为明显的矛盾㊂因此,以‘化学过程工艺学“(第2版)为该课程参考教材,结合化工过程分析与合成等相关课程,对课程教学内容进行选择完善,有利于优化专业课程教学体系㊁提高教学质量,从而实现化工专业课程的综合发展㊂其次,改善课堂教学形式,增强互动式教学课堂占比㊂一方面,学校要转变传统的教学观念,将 以教师为中心 的课堂教学转变为 教师引导,学生自主性探索 的互动式教学模式㊂传统 满堂灌 式的教学方式打磨了学生学习的积极性和主动性,不利于学生终身学习能力㊁社会适应能力和创新能力的培养,而新的教学课程改革强调学生在课堂教学过程中的重要性,教师可通过问题启发式㊁小组讨论式等多元化的互动式教学模式,激发学生的课堂学习积极性,在互动交流中实现对新知识的内化吸收,从而有效增强学生对于专业化工问题的分析能力和解决能力㊂另一方面,学校应加强实践教学比重,提高学生的化工实践能力,把以讲解教材㊁传授知识为主的封闭式教学转变为增长经验㊁创造创新的开放式教学㊂这就要求教师在课程教学过程中多带领学生进行实验教学,帮助学生加深对书本中化工理论知识的理解,同时积极组织学生参加全国大学生化工设计竞赛,在提高课堂教学质量的同时提高学生的实践应用能力㊂‘化学过程工艺学“(第2版)一书坚持理论与实际相结合的原则,作者在总结多年教学经验的基础上,采用了大量反映化工实际过程的多媒体材料,进一步增加书中形象思维的分量,对于提高学生对化工现场的认识能力和创新思维具有较好的效果,值得阅读学习㊂[作者简介:高晓新(1979 ),男,副教授,主要研究方向为化工过程模拟优化及化工分离]。
气液固三相反应器课件
实验研究与模拟的局限性及未来发展
局限性分析
分析实验研究和模拟技术的局限性，如实验 条件的不一致性、模型简化和误差传递等， 以及如何减小这些局限性的影响。
未来发展趋势
探讨三相反应器实验研究和模拟技术的未来 发展趋势，如新技术应用、模型优化和多尺 度模拟等，以及这些趋势对工业应用和科学 研究的影响。
05
优化产品生产
三相反应器可用于优化产品生产过 程，提高产品质量和产量，降低生 产成本。
三相反应器的历史与发展
历史
三相反应器的概念最早由科学家们提出，经过近百年的发展，现已广泛应用于各个领域。
发展
随着科技的不断进步，三相反应器在材料、结构、能效等方面不断优化，未来还将应用于更多领域。
02
CATALOGUE
应用先进的智能化控制技术，实现对三相反应器的精准控制，提高 生产效率和产品质量。
三相反应器面临的挑战与解决方案
01
反应器稳定性问题
三相反应器的操作条件较为复杂，容易出现稳定性问题。为解决这一问
题，需深入研究反应机理，优化反应条件，提高设备的稳定性。
02 03
能耗与环保问题
三相反应器运行过程中需要消耗大量的能源，且可能产生环境污染。针 对这一问题，应研发低能耗、环保型的三相反应器，如采用高效分离技 术、循环利用技术等。
特点
三相反应器具有高效率、高选择 性、高稳定性等优点，可用于处 理复杂的多相化学反应过程。
三相反应器的重要性
实现多相化学反应
三相反应器能够模拟和实现多相 化学反应过程，为科学研究、工 业生产和环保等领域提供有效的
手段。
提高能源利用率
三相反应器的特殊结构有助于提高 能源的利用率，降低能源消耗，对 于节能减排具有重要意义。
第七章-气固相催化过程及固相催化剂
固体催化剂的组成—助催化剂
助催化剂本身催化活性很小，但添加极少量于催化剂中，却能显 著地改善催化剂的效能。助催化剂与载体的区别在于其含量对于 催化剂性能的影响比载体含量的影响要大很多。 助催化剂的类型分为： ①结构型助催化剂：用一些高熔点、难还原的氧化物作为助催 化剂可以增进活性组分表面积，提高活性组分的热稳定性。 结构型助催化剂一般不影响活性组分的本性； ③调变型助催化剂：调变型催化剂可以调节和改变活性组分的 本性。
催化剂的制备
催化剂的活性不仅取决于化学组成，而且其结构也有关。同一种 催化剂由于制造的差异可能活性相差很远，因此催化剂的制造技术具 有特殊的重要意义。由于制造方法的不同．催化剂的比表面积、孔隙 大小和粒子结构等物理性质会千差万别，这些性质在很大程度上取决 于制备技术。在选定了催化活性组分以后，就是制备催化剂的过程了。 固体催化剂的活性与选择性等均受制备方法和制备条件的影响。 制备固体催化剂的过程比较复杂，尤其是许多微观因素是难以控制 的。至今，人们对制备固体催化剂的规律依然没有完全掌握。在制备 方法上更缺乏全面而统一的理论作为指导，还处于半经验的探索阶段 (当然也有一些成熟的催化剂品种早已投产)。
6产物由催化剂内表面扩散到外表面； 7产物由催化剂外表面扩散到气流主体。
非均相催化反应过程
△ U总
R=1欧
R=10000000欧
R=0.001欧
△ U2
U总 U2
非均相催化反应过程
如上所述，多相催化反应过程是一个多步骤过程，如果其中某 一步骤的速率与其他各步的速率相比要快得多，以致整个反应 速率取决于达一步的速率，该步骤就称为速率控制步骤。当反 应过程达到定常态时，各步骤的速率应该相等，且反应过程的 速率等于控制步骤的速率。这一点对于分析和解决实际问题非 常重要；
气液固相反应动力学
气液固相反应动力学
• 气液固相反应动力学概述 • 气液相反应动力学 • 固相反应动力学 • 气液固三相反应动力学 • 气液固相反应动力学应用
01
气液固相反应动力学概述
定义与特点
定义
气液固相反应动力学是研究气液固三 相反应过程中反应速率和反应机制的 学科。
特点
气液固相反应通常涉及多相混合物， 反应过程复杂，影响因素众多，需要 深入研究和理解。
指导反应器设计
了解气液固相反应动力学有助于设计更高效的反应器，提高生产效 率和产品质量。
促进新工艺开发
通过研究气液固相反应动力学，可以发现新的反应路径和机理，促 进新工艺和技术的开发。
02
气液相反应动力学
液相传质过程
扩散
01
物质在液相中的传递主要依靠扩散作用，扩散速率取决于浓度
梯度、分子扩散系数和扩散路径长度。
太阳能利用
太阳能是一种清洁可再生的能源，气液固相反应动力学在太阳能利用领域中用于研究光催 化反应机理和光电转换效率，推动太阳能技术的进步。
核能利用
核能是一种高效能源，气液固相反应动力学在核能利用中用于研究放射性废物的处理和转 化，提高核能利用的安全性和效率。
THANKS
感谢观看
究土壤中污染物的迁移转化规律，为土壤修复技术提供理论依据。
03
废物资源化
通过气液固相反应动力学研究，实现废物的资源化利用，如废弃物的焚
烧、生物质能源转化等，降低环境污染，提高资源利用效率。
在能源领域的应用
燃料燃烧
燃烧是能源转化中的重要环节，气液固相反应动力学研究燃料在燃烧过程中的反应机理和 动力学参数，有助于提高燃烧效率，降低污染物排放。
对流
02
• 气液固相反应动力学概述 • 气液相反应动力学 • 固相反应动力学 • 气液固三相反应动力学 • 气液固相反应动力学应用
01
气液固相反应动力学概述
定义与特点
定义
气液固相反应动力学是研究气液固三 相反应过程中反应速率和反应机制的 学科。
特点
气液固相反应通常涉及多相混合物， 反应过程复杂，影响因素众多，需要 深入研究和理解。
指导反应器设计
了解气液固相反应动力学有助于设计更高效的反应器，提高生产效 率和产品质量。
促进新工艺开发
通过研究气液固相反应动力学，可以发现新的反应路径和机理，促 进新工艺和技术的开发。
02
气液相反应动力学
液相传质过程
扩散
01
物质在液相中的传递主要依靠扩散作用，扩散速率取决于浓度
梯度、分子扩散系数和扩散路径长度。
太阳能利用
太阳能是一种清洁可再生的能源，气液固相反应动力学在太阳能利用领域中用于研究光催 化反应机理和光电转换效率，推动太阳能技术的进步。
核能利用
核能是一种高效能源，气液固相反应动力学在核能利用中用于研究放射性废物的处理和转 化，提高核能利用的安全性和效率。
THANKS
感谢观看
究土壤中污染物的迁移转化规律，为土壤修复技术提供理论依据。
03
废物资源化
通过气液固相反应动力学研究，实现废物的资源化利用，如废弃物的焚
烧、生物质能源转化等，降低环境污染，提高资源利用效率。
在能源领域的应用
燃料燃烧
燃烧是能源转化中的重要环节，气液固相反应动力学研究燃料在燃烧过程中的反应机理和 动力学参数，有助于提高燃烧效率，降低污染物排放。
对流
02
第七章化工工艺计算-PPT
C2H4 0.0325Wmol
统 O2 0.109Wmol
N2 0.803Wmol
CO2 0.0555Wmol
产物(P) C2H4O 0.83mol
H2O Zmol
采用元素得原子守恒计算,即 C 平衡 2X=(0、83×2)+(0、0325W×2+0、0555W) H 平衡 4X=(0、83×4+2Z)+0、0325W×4
例1: 在银催化剂作用下,乙烯被空气氧化成环氧乙烷(C2H4O),副反应就是乙烯 完全氧化生成CO2与H2O。已知离开氧化反应器得气体干基组成就是:C2H43、 22%,N2 79、64% ,O2 10、81% , C2H4O 0、83% , CO2 5、5%(均为体积分数)。 该气体进入水吸收塔,其中得环氧乙烷与水蒸气全部溶解于水中,而其她气体不 溶于水,由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余全部循环回氧化反应器。
设新鲜原料气(FF)中C2H4得量为Xmol;空气为Ymol(含79%N2与21%O2); 弛放气Wmol;乙烯完全氧化生成得H2O量为Zmol。
RC
FF
MF
反应器
RP
水吸收塔 SP
W
A
B
P
围绕总系统做物料衡算。
C2H4
新鲜原料气 O2
（FF）
N2
Xmol 0.21Ymol 0.79Ymol
弛放气（W) 系
第七章化工工艺计算
§7、1 概述
化工生产过程:主副产品量、原材料消耗、能量消耗、三废指标
化工工艺计算 物料衡算、热量衡算 进行化工设计、过程经济评价、节能分析与过程优化得基础
1、物料衡算与热量衡算得主要步骤
(1)收集计算数据:化工装置得生产操作数据,如输入与输出物料得 流量、温度、压力、浓度等,涉及物质物化常数,如密度、热容等。 (2)写出相关反应方程式(包括主副反应)并配平,标明相对分子量。 (3)绘出流程得方框图,标明相关参数。
统 O2 0.109Wmol
N2 0.803Wmol
CO2 0.0555Wmol
产物(P) C2H4O 0.83mol
H2O Zmol
采用元素得原子守恒计算,即 C 平衡 2X=(0、83×2)+(0、0325W×2+0、0555W) H 平衡 4X=(0、83×4+2Z)+0、0325W×4
例1: 在银催化剂作用下,乙烯被空气氧化成环氧乙烷(C2H4O),副反应就是乙烯 完全氧化生成CO2与H2O。已知离开氧化反应器得气体干基组成就是:C2H43、 22%,N2 79、64% ,O2 10、81% , C2H4O 0、83% , CO2 5、5%(均为体积分数)。 该气体进入水吸收塔,其中得环氧乙烷与水蒸气全部溶解于水中,而其她气体不 溶于水,由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余全部循环回氧化反应器。
设新鲜原料气(FF)中C2H4得量为Xmol;空气为Ymol(含79%N2与21%O2); 弛放气Wmol;乙烯完全氧化生成得H2O量为Zmol。
RC
FF
MF
反应器
RP
水吸收塔 SP
W
A
B
P
围绕总系统做物料衡算。
C2H4
新鲜原料气 O2
（FF）
N2
Xmol 0.21Ymol 0.79Ymol
弛放气（W) 系
第七章化工工艺计算
§7、1 概述
化工生产过程:主副产品量、原材料消耗、能量消耗、三废指标
化工工艺计算 物料衡算、热量衡算 进行化工设计、过程经济评价、节能分析与过程优化得基础
1、物料衡算与热量衡算得主要步骤
(1)收集计算数据:化工装置得生产操作数据,如输入与输出物料得 流量、温度、压力、浓度等,涉及物质物化常数,如密度、热容等。 (2)写出相关反应方程式(包括主副反应)并配平,标明相对分子量。 (3)绘出流程得方框图,标明相关参数。
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实现
气相与液固相的分离 固体颗粒的分级 气相和液相中各种组分的分离
三相分离系统 （1）浆态的蒸发浓缩系统
闪蒸室
真空强制循环蒸发器（磷酸浓缩 3%含固量）
热气体与浆料直接接触的蒸发装置
鼓泡浓缩、浸没燃烧、喷雾浓缩
P212
H2SO4
晶浆悬浮床 固相
换热器
图 真空强制循环蒸发器
四川大学本科生课程化学工艺学
（2）过渡流动区：继续提高气体流速，就进入过渡
区，这时床层上部基本上是喷射流，床层下部则出现
脉冲现象。在过渡区流动既不完全是喷射流，又不完
全是脉冲流，两者交替并存。
（3）脉冲流动区：气速进一步增大，脉冲不断出现，
并充满整个床层。液体流速一定时，脉冲的频率和速
度基本不变，脉冲现象具有一定的规律性。当液体流
k AS Se (cAL cAS )
催化剂外表面传质
kwSe swcAS
催化剂内的扩散反应过程速率
气液相界面的相平衡
c AGi KGLc ALi
令
rA
dN A dVR
kT SecAG
1 kT
Se
1 k AG
Se
KGL k AL
K
GL
1 k AS
1
kw sw
（1）温度 （2）催化剂粒度
总体反应速率常数
内扩散有效因子
四川大学本科生课程化学工艺学
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7.1.2 液固三相过程中的流形
为何要研究流形？ 三相中，气液相反应极快；固相参1 悬浮床中的流动形态
悬浮状固体颗粒(小颗粒)的搅拌形式： 机械搅拌悬浮式和气液搅动悬浮式。
气液搅动的悬浮态（三相流态化）：固体粒子在气体和液体 两种流体的作用下呈流化状态。
影响降到最低，如加氢脱硫；
（3）液层很薄，总传质阻力较小， 并流滴流床不存在液泛问题。
固定床气-固-液反应器类型
（a）流体向下并流；（b）流体逆流；（c）流体向上并流
缺点： 大型滴流床在低液速操作时液流径向分布不均，局部可能过热，内
扩散的影响比气固相反应器更为严重。
四川大学本科生课程化学工艺学
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四川大学本科生课程化学工艺学
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固体催化剂的三相反应中气相反应物的浓度分布图
（1）固体催化剂颗粒内的反应模型：采用考虑内扩散过程的 扩散反应模型； （2）固体反应物颗粒内的反应模型：采用颗粒大小不变或颗 粒缩小的缩芯模型； （3）颗粒外模型：液固相界面传质，气液相面传质。
图三相反应中气相反应物的浓度分布
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（2）回转床造粒与干燥
（3）微泡气浮系统
第7章 气液固三相中进行的化工过程
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7.1 气液固三相化工过程的一般规律
气液固三相过程的核心 1：反应器 2：相关的分离过程
气相 液相
反应器
多相分离
后处理
产品
固相
气液固三相过程的分类： 可能为新相
（A）
1：固相是反应物或是产物
的过程。
气相 液相
反应器
2：固体为催化剂而液相为
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7.1.2.2 固定床中的三相流动形态
固体为固定床态，气流和液流的方向变化。
（1）气体和液体并流向下流动。
滴流床 （2）气液并流向上流动。
（3）气液逆向流动。
优点：
（1）在平推流（活塞流）条件下操
作，可使催化剂充分湿润，易获
得较高转化率；
（2）液固比很小，可使均相反应的
（1）固相：可能为膨胀床态或输送状态； （2）气液两相：可以是连续相或分散相状态。
两种流体介质可以相互为顺流或逆流。
气液固三相的不同状态组合可形成多种操作形式。
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并流条件下气液固体系的基本分类 （L.S. Fan）
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ug>>ul
膨胀床操作
液体是连续相
气体是连续相
速增加时，脉冲频率也增加。
气液并流滴流床流动状态与操作条件
（4）分散鼓泡区：若再增大气速，各脉冲间的界限
变得不易区分，达到一定程度后，形成分散鼓泡区。
液相成为连续相，气体则呈气泡状存在，形成分散相。
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7.1.3 气液固过程中的几种分离方式
三相悬浮床系统和固定床系统在分离过程的价值：
（1）气相反应物的气膜扩散，即从气相主体扩散到气—液界面的传质过程。 （2）气相反应物在气液界面邻域的液膜扩散，即从气—液界面扩散到液相 主体的传质过程，这里包含了气液界面内的扩散过程。 （3）气相反应物在固体表面的液膜扩散，即从液相主体扩散到颗粒外表面 的传质过程。 （4）固膜扩散与反应，即颗粒内同时进行反应和内扩散的宏观反应过程。 （5）产物在固体表面的液膜扩散，即产物从颗粒外表面扩散到液相主体的 传质过程。 （6）产物在气液界面处的液膜扩散，即产物从液相主体扩散到气液界面的 传质过程。 （7）产物的气膜扩散，即产物从气液界面扩散到气相主体的传质过程。
固体循环
普通液化床
鼓泡淤浆反应器 ul>>ug
喷射塔、湍动洗涤塔 ug>>ul
输送床操作 快速流化床
液体是连续相
湍流区：磷铵管式反应器
气体是连续相 磷铵尾气洗涤塔
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三相并流流化床内的情况及内部流型判断
图7-4 气液并流向上三相流化床及流形图
流体密度 固体颗粒密度 颗粒粒度分布
气液并流向下固定床内气体和液体的流动状态
（1）气液稳定流动滴流区：气速较低时，液体在
颗粒表面形成滞流液膜，气相为连续相，这时的流动
状态称为“滴流状”。若气速增加，颗粒表面出现波
纹状或湍流状的液流，由于气流曳力的作用，有些液
体呈雾滴状悬浮在气流中，称为“喷射流”。滴流与
喷射流的转变不明显，喷射时气相仍为连续相。
1气相主体；2气膜；3液相（气液间）；4液相主体； 5液膜（液固间）；6固体催化剂
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假设在定态下催化剂内进行一级不可逆反应，三相过程总体反应速率模型为：
rA
dN A dVR
k AG (c AG
cAGi)
k AL (cALi cAL )
气液界面传质 液相主体传质
反应物或产物。
多相分离
循环 固相
后处理
产品
3：三相中的液相或气相有
（B）
可能作为惰性物存在于系统
中。
图 气液固三相流程框图
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7.1.1 三相中的颗粒宏观反应机理
三相床中的传递途径非常复杂，存在多层次的传递与反应，这里仅以颗 粒为中心的气-液-固之间的串联过程来表示，宏观反应过程可以包括下列几个 过程：