【正文】 為固定床與流化床的分界點。當(dāng)UO=Umf時，由上兩式聯(lián)立可得公式712。對于大粒子：右側(cè)第2項可略，得714。若和為未知時，可采用公式715近似取值。（2）粒子帶出速度當(dāng)流化床中氣流速度大于固體粒子在靜止氣流中的沉降速度時，粒子將被帶出床層，這個速度即為帶出速度。將不同流型的Cd帶入，可得到相應(yīng)的帶出速度的計算式。（3）操作氣速的選擇流化床的操作氣速U0應(yīng)選擇在起始流化和帶出速度之間。流化數(shù)： —10，~ 表征床層操作彈性大小，可分別采用上面介紹公式計算?？梢娦☆w粒的流化床具有較寬的適應(yīng)范圍及操作靈活性，使用大顆粒的操作線速范圍較窄。另一部分氣體以臨界流化速率Umf流經(jīng)粒子之間的空隙。密相床（1）單個氣泡：頂部球形，尾部內(nèi)凹。形成局部渦流——尾渦。在氣泡上升途中，不斷有一部分粒子離開這一區(qū)域，另一部分粒子又補充進(jìn)去。所以氣泡是床層運動的動力。這一層就成作為氣泡云，在氣泡云中，氣泡內(nèi)的氣體與固體顆粒獲得了有效的接觸，而隨之改到反應(yīng)。氣泡云和尾渦都在氣泡之外，并伴隨氣泡上升?？珊戏Q為泡暈。7119。對于氣最大穩(wěn)定氣泡直徑目前還沒有可靠的計算式。相應(yīng)估算式：尾渦體積約占?xì)馀蒹w積取決于固體顆粒的粒度及形狀。氣泡暈與氣泡體積之比為：（4）氣泡所占床層的體積分率，則：（5）固體顆粒的分布?xì)馀葜校汉苄。?~；氣泡暈中：乳相： 公式7132流化床中的乳相固體顆粒和在粒子間流動的氣體組成。（1） 乳相中顆粒的運動 兩種類型：一是定向的顆粒循環(huán)運動；二是顆粒無規(guī)則的隨機運動。（2） 乳相中的氣流流動只占總氣量得少部分。上流速度等于臨界流化速度，由于下降顆粒的吸附夾帶，使部分氣體下流，其位置隨機變動，在穩(wěn)態(tài)下操作。三、流化床中的傳熱和傳質(zhì)流化床的傳熱主要包括：（1）顆粒之間的傳熱；導(dǎo)熱系數(shù)較大 （2）氣體與顆粒之間傳熱，主要以對流方式進(jìn)行，主要在氣體分布板極短區(qū)域上才存在誤差。 （3）床層與反應(yīng)器壁傳熱； （4）床層與浸沒于床內(nèi)換熱器之間的傳熱。（1）床層與外壁間的傳熱hw流化床氣固間強烈運動時的床層與器壁間給熱系數(shù)比固定床空管要高的多。變化趨勢像一個倒U型。b、流體導(dǎo)熱系數(shù)（與流體導(dǎo)熱系數(shù)的n次方成正比）c、（床層直徑、床層內(nèi)管子直徑，管子位置，橫向擋板。通過流化床的氣體 小部分在乳相，大部分為氣泡；而固體顆粒大量在乳相，少量隨氣泡上升。反應(yīng)組分從氣泡經(jīng)氣泡暈與乳相之間的傳遞是一個串聯(lián)過程。液相可以是液體反應(yīng)物，也可以是催化劑溶液。B 有機合成反應(yīng)：氧化反應(yīng)；氯化反應(yīng)： C 生化反應(yīng)：如好氧發(fā)酵。氣液反應(yīng)器型式:按外形分：塔式：（填料塔，板式塔，鼓泡塔，噴霧塔）管式：（套管式、列管式）釜式：攪拌釜氣液比相界面積大小和氣液接觸方式不同可分為液膜型（填料塔、膜式反應(yīng)器、滴流床），氣液均為連續(xù)相。液滴型（噴霧反應(yīng)塔），液體分散相，氣體連續(xù)相。氣泡型(鼓泡塔、板式塔、攪拌釜、管式) 液體連續(xù)相、氣體分散相，氣液比相界面積和氣液比小。目前應(yīng)用廣泛的是填料塔、噴霧塔、鼓泡塔。 氣液反應(yīng)的步驟氣相組分A從氣相主體擴散到液相相界面，在相界面上達(dá)到氣液平衡 PAi =HA CAi 組分A由相界面向液膜內(nèi)擴散，并與由液相主體擴散到液膜的組分B進(jìn)行反應(yīng)。 未反應(yīng)的A繼續(xù)向液相主體擴散。 液相產(chǎn)物向液相主體擴散（氣相產(chǎn)物向界面擴散） 對該微層作A組分的物衡：在定常態(tài)下：擴散進(jìn)入的量擴散出去的量=反應(yīng)掉的量（二）各種情況下的A、B組分濃度分布和宏觀反應(yīng)速率瞬間不可逆反應(yīng)A 反應(yīng)面在液膜內(nèi)：（1）本征反應(yīng)速率〉〉擴散速率（2）A,B組分不共存；（3）反應(yīng)發(fā)生在液膜內(nèi)的某一個面上。 B反應(yīng)面在相界面上當(dāng)CBL↑→β∞↑→δR↓→反應(yīng)面向相界面移動當(dāng)CBL剛好足夠大時，δR→0, 反應(yīng)面與相界面重合，此時，CBi=0，CBL=(CBL)C當(dāng)CBL進(jìn)一步增大，反應(yīng)面將不再移動，但CBi不再為0，CBi=CBL(CBL)C，而CAi總等于0。 若本征反應(yīng)速率（RA）=k2CACB=（組分B大大過量，CB 中速反應(yīng) 擬一級反應(yīng)，（RA）=kCA.，擴散－反應(yīng)方程式仍為： 上式說明：單位時間、單位相界面積，從液膜擴散到液相主體中A的量應(yīng)等于在液相主體中反應(yīng)掉的A的量。 氣膜傳質(zhì)速率＝液膜傳質(zhì)速率＝液相主體反應(yīng)速率 五、極慢反應(yīng)特征：（1）本征反應(yīng)速率傳質(zhì)速率,傳質(zhì)阻力為0；（2）PAi=PAG， CAL=CAi=CAG（3）反應(yīng)僅發(fā)生在液相主體 (RA)宏=(RA)本= kCAL中速、慢速反應(yīng) 極慢反應(yīng) 另一方面： 極慢反應(yīng): 宏觀動力學(xué)的實驗研究 一. 宏觀動力學(xué)狀態(tài)的實驗判別 1．不同狀態(tài)的宏觀動力學(xué)特征 一般表達(dá)式： 1） 瞬間不可逆反應(yīng)： a) 反應(yīng)面在液膜內(nèi)： (2) （3）與 有關(guān) b) 反應(yīng)面在界面： （1）（2）與上同，（3）與kLA,CBL無關(guān)。 （1）與本征動力學(xué)型式有關(guān)，即與 有關(guān)，對溫度敏感； （2） ，與VL無關(guān)； （3） 一級與 kLA 無關(guān)，二級與 kLA 有關(guān)。 4）慢速反應(yīng) （1）（2）（3）均同中速反應(yīng)。 二級 （1）與動力學(xué)（本征）型式有關(guān)，即與 k1 or k有關(guān)，對 T 敏感；（2） ，與 無關(guān)； （3）與 均無關(guān)。 2． 分別測定： 1）動力學(xué)常數(shù) k1 (or k) 的測定 本征動力學(xué)常數(shù)測定必須在消除氣、液膜阻力的條件下進(jìn)行： a. 當(dāng)用雙混釜測定時，不改變氣、液兩相的攪拌速度和相面面積，如果 (RA)不隨 n 和s變化，則屬動力學(xué)控制； b. 當(dāng)用鼓泡攪拌釜時，而改變攪拌轉(zhuǎn)速和通氣量，當(dāng)在較高通氣量下，反應(yīng)速度不隨 n 變化時，可認(rèn)為消除了內(nèi)外擴散。 在此轉(zhuǎn)速以上，釜內(nèi)氣、液都趨于完全混合，傳質(zhì)系數(shù)主要受攪拌速度所支配，氣速大小已無直接影響。 兩種情況下的動力學(xué)速率計算式同前。 這里討論化學(xué)法： 選擇一快速反應(yīng)體系（一級或擬一級），其動力學(xué)常數(shù)已知。 （更大較好）， 注意： 1）前兩種標(biāo)繪，液膜控制 ，易求。 2）為使標(biāo)繪盡可能精確些，要求 的變化范圍大。 氣液反應(yīng)器 氣液反應(yīng)器常見氣液反應(yīng)器的特點：一． 填料塔 液相——分散相 適用于瞬間、快速反應(yīng),不適用于慢反應(yīng)。 軸向返混可以忽略，故液相轉(zhuǎn)化率高。 二． 噴霧塔 液相——分散相 適用于瞬間反應(yīng)，過程屬氣膜控制的情況，有固相生成也能適應(yīng)。 三． 板式塔 液相——連續(xù)相 由于氣液逆流接觸，氣體要穿過各塔板上的液層，所以壓降大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。氣相——分散相 但軸向返混嚴(yán)重，液相全混，轉(zhuǎn)化率低。 除了具有鼓泡塔的特點外，尤其適用于高粘性的氣體和非牛頓液體（粘性液體、漿料等）之間的反應(yīng)。 因為有攪拌，所以氣體分散得更好，且將氣泡破碎成更小的氣泡，氣液混合均勻，相界面和傳質(zhì)系數(shù)都增大。 氣液反應(yīng)器的重要特性參數(shù)為：液含率 ，比相界面積a，液相傳質(zhì)系數(shù)kL和氣相傳質(zhì)系數(shù)kG。表中值適用于流體性質(zhì)與空氣和水差別不大、液體不起泡的情況。 反應(yīng)器類型 豎式 噴霧塔 機械攪拌鼓泡釜 浸沒式和插入式噴嘴 水力旋風(fēng)式反應(yīng)器 噴射型反應(yīng)器 文丘里型反應(yīng)器 ~ ~ ~ ~095 ~ ~ ~095 ~ ~020 ~ ~ ~ ／ ~ ~2 ～3 ～2 ～6 ～2 ～2 ～4 ～8 ～2 ／ ／ ／ ／ 2~10 從反應(yīng)體系看：物性為HA，DLA， DGA 反應(yīng)性能如反應(yīng)速率常數(shù)k 操作條件如PAG，CBL，T等 將影響反應(yīng)發(fā)生的場所（液膜、液相主體和相界面）和反應(yīng)過程主要阻力所在。氣膜控制發(fā)生在易溶氣體 如氨以及任何溶解度的極快反應(yīng)。 從反應(yīng)器看，選擇反應(yīng)器型式時考慮的主要因素有： 兩相流型：這決定了停留時間分布和反應(yīng)物濃度、溫度分布。機械攪拌鼓泡釜中氣、液相流動近似全混流。半連續(xù)操作的機械攪拌鼓泡釜則液相不流動，濃度分布均一，氣相全混流或平推流 。 液含率（氣含率），它影響氣液兩相的停留時間長短，氣含率高，氣液接觸時間長，液含率高，在液相主體進(jìn)行的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高。 反應(yīng)場所和反應(yīng)過程阻力在膜內(nèi)，即 的瞬間或快速反應(yīng)，選用相界面積a大的反應(yīng)器如機械攪拌鼓泡釜，或液膜體積大、液相主體體積小的反應(yīng)器，如填料塔、膜式反應(yīng)器等。 反應(yīng)場所主要在液相主體、反應(yīng)過程阻力在膜或主體的中速、慢速和極慢反應(yīng)，適宜采用 如鼓泡塔、機械攪拌鼓泡釜等。如連串反應(yīng)，中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物時，為避免主副反應(yīng)同時在膜內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)選用 ，使副反應(yīng)或主副反應(yīng)移到液相主體中進(jìn)行。 反應(yīng)器選擇還需考慮：形成單位相界面積的能耗要低，氣相壓降不太大，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉等。20000m3的鼓泡反應(yīng)器用于廢水處理。被認(rèn)為是單位能耗所取得傳質(zhì)效果最好的一類反應(yīng)器，且流行穩(wěn)定，利于放大。 假定： 1）氣液連續(xù)逆流定常態(tài)操作； 2）氣液兩相均為平推流； 3）一維、等溫、等壓。 其相間面積： 根據(jù)各種不同狀態(tài)的宏觀動力學(xué)表達(dá)式 ，可求得填料塔之高。 對惰性氣體： 單位截面上氣體總 流量 或 對稀溶液： 液相總 濃度, 單位截面上液相總 流量 與平推流反應(yīng)器計算式形式一致 注意：某一截面的反應(yīng)發(fā)生在何處，應(yīng)該用該截面處的 判別， 2．快速一級（或擬一級）反應(yīng)： 1）一級反應(yīng)或 不變的擬一級反應(yīng) 2） 變化的擬一級反應(yīng) 由于填料塔僅適用于瞬間、快速反應(yīng)，故這里僅討論相應(yīng)的結(jié)果。 鼓泡塔的特點： 1）相界面為通過塔的氣泡表面組成； 2）氣液混合為氣泡運動所致，液相返混較大； 這方面的工作已有不少報道，在這里不作具體討論了。 一． 理想模型： 1．連續(xù)操作： 氣 液 2．半連續(xù)操作：（氣相連續(xù)、液相間歇） 平推流：氣相： 氣相： 定常態(tài)下： 液相： 定常態(tài)下： 三、鼓泡塔計算： 1．氣相 PFR ，液相 CSTR 當(dāng)反應(yīng)器的高度較低或操作壓力較高時，操作壓力沿高度的變化可忽略，此時為等壓反應(yīng)過程。對氣相： 對極慢反應(yīng)： 當(dāng)反應(yīng)器高度較高而操作壓力較低時，必須考慮壓力隨塔高的變化。 對液相，由氣液兩相的物料平衡： 液相連續(xù)： ——氣相濃度與液相轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 液相間歇：這時 （氣體出口濃度）隨 而變化， 要利用 與 之間的變化關(guān)系， 2．氣液兩相全混： 液相連續(xù)： 160