[科普中國]-涓流床

涓流床反應器（trickle bed reactor）是應用廣泛的三相反應器之一。在涓流床反應器中，液體向下流動，以液膜形式通過填料，為分散相；而氣體以并流或逆流的形式，在填料問流動。常用的操作方式是二者并流向下流動。涓流床反應器主要應用在加氫脫硫、加氫裂化、加氫精制、各種石油餾分加氫、潤滑油加氫和等方面。1

簡介所謂涓流床反應器。實際上是一類非均相催化反應器。在這類反應器中，液相和氣相反應物同時順流向下流過裝填有固相催化劑的床層，并在催化劑上發(fā)生催化反應。這類反應器早在三十年代已出現(xiàn)，五十年代已有工業(yè)規(guī)模的應用，但對它進行系統(tǒng)地、深入地研究卻是七八十年代年的事。

涓流床反應器一般都是絕熱操作的，如果反應放熱，軸向有溫升，為防止溫升過高，一般總是使氣體或部分冷卻后的產物循環(huán)。當氣液比較大時，采用氣體循環(huán)較多。而當氣體反應物消耗很大時，使用液體循環(huán)更為有效和理想。如果液體反應物中含有揮發(fā)性組分，反應熱將由液體的部分蒸發(fā)來消耗，從而使床層溫升不會太高。特別是當反應液體是水溶液時，由于水的潛熱很大，從而使床層有可能接近于等溫，所以，在煤的能源轉換和三廢治理中會愈來愈多地使用涓流床。2

優(yōu)點涓流床反應器里，并存有氣液固三相，又有氣體或產品的循環(huán)，因此整個系統(tǒng)比較復雜。雖然涓流床反應器比較復雜，但和氣固非均相催化反應器比較，具有下列優(yōu)點：①對易于結焦的石油餾分，由于液體經(jīng)常淋洗催化劑而焦溶解，因此催化劑的活性能保持較長的時間。②對氣相條件下不穩(wěn)定的化合物，使用涓流床能避免反應物的分解。③對能汽化的反應物，使用涓流床能改善傳熱性能，溫度易于控制，而且由于無需把反應物全部汽化，在能量消耗上也較有利。

涓流床反應器與另一類三相反應器——泥漿反應器比較，又具有以下優(yōu)點：①涓流床反應器的流型接近于活塞流，因此能獲得高的轉化率；②無需泥漿反應器系統(tǒng)那樣的龐大而昂貴的催化劑和產品的分離回收設備；③液固比要比泥漿反應器小得多，從而減少了可能發(fā)生的均相副反應。2

應用煉制和石油化學工業(yè)中，相當廣泛地使用著涓流床反應器。特別是在原油和各種石油餾分的加氫脫硫，各種潤滑油及石油餾分的加氫精制，重質油的加氫裂解以及其他的加氫處理過程中，涓流床反應器的使用更為普遍。在其它領域中，如煤的能源轉換和廢水廢氣凈化的催化過程中，涓流床反應器的使用也日益增多。2

理想涓流床反應器模型影響涓流床反應器性能的因素很多，而且極其復雜，要想精確地描述它的行為有很大困難，理想涓流床反應器滿足如下條件：

（1）床層中液體的流動是活塞流的，不存在軸向和徑向的離散。

（2）氣液、液固以及催化劑內部都沒有傳質和傳熱的限制。

（3）床層中的任何一點，在任何時間，氣液都處于平衡狀態(tài)。

（4）催化反應對液體反應物而言是一級,的，而溶于液體中的氣體反應物可以認為是大大過量的。

（5）催化劑粒子全都為液體所包繞，催化反應僅發(fā)生于催化劑表面上。

（6）不發(fā)生反應物或產物的冷凝或汽化。2

液體滯留量在涓流床反應器中，液體滯留量H是一個非常重要的參數(shù)。它既是對液固間接觸效率的一個測量（雖然這種測量是近似的和不完整的），又是估算液體反應物平均停留時間和平均液膜厚度的必不可少的數(shù)據(jù)。同時，在涓流床反應器設計和實驗數(shù)據(jù)的解釋上也是極其重要的。

液體滯留量通常用每單位體積反應器內所含的液體體積來表示。單位反應器體積一般用表觀床層體積，也有用床層空體積作標準的，因此，液體滯留量H是一個無因次的分數(shù)。對于多孔的固體催化劑，滯留的液體既存在于催化劑內孔中，又存在于粒子的外表面。前者稱為內滯留，后者稱為外滯留。兩者之和是總的液體滯留量。外滯留又由流動滯留或動態(tài)滯留及殘滯留兩部分構成。殘滯留是指經(jīng)氣體吹趕后仍保留在催化劑外表面的那部分液體。

測量填料床層中液體滯留量的方法最常用的有三種：體積法、重量法和示蹤劑法。

由于液體滯留量在研究和設計涓流床反應器中是極為重要的參數(shù)，因此許多研究者對它及其影響因素進行了大量的研究。影響滯留量的主要因素是液體的表觀流速。液體分布器、催化劑粒子大小形狀、床層高度,潤濕特性、氣體流速以及流體性質等因素對它也有影響。2

本詞條內容貢獻者為:

蒲富永 - 教授 - 西南大學