简介

气液固三相流态化是指固体颗粒悬浮在向上的气液流中而形成的一种流化状态，其颗粒密度远大于液体，粒径一般大于150μm，固含率分布从0.6（固定床阶段）到0.2（接近稀释输送阶段）。

流化过程中剧烈的内部混合使热量在反应器内均匀扩散，防止热点的产生，因此反应器可以在温度分布均匀的条件下操作，传热效果好且温度易于控制。同样的原因使得相较于固定床，流化床不易堵塞，传质效率高，对反应器体积的利用率也更高，且床层内的膨胀使得压降不会随气液流量的上升而持续上升。在反应过程中可以增加或移出催化剂而不打断反应的进行，保证了产量。因此，相较于固定床，流化床更易于维护，替换的成本也较低。但是催化剂的磨损和夹带，严重的反混是这种结构的缺点。三相流化床由于其相界面积大、传质速率高、抗冲击能力强、负载微生物活性强、占地面积少等优点，成为近年来研究热点。随着三相流态化技术研究的深入和发展，其应用在不断扩展和提高。

气液固三相流化床具有高处理能力、低阻力降、充分的相间接触和良好的传质、传热效果及温度易于控制等优点，现有的已经商业化的将天然气转化为石油或化学品的浆态鼓泡床反应器和生物污水处理装置都比实验室内研究的尺寸要大得多，而三相流化床明显的放大效应为它的最优化设计带来了巨大的困难，以往的流化床设计都是通过中间试验来降低放大后可能出现的风险，为了从实验规模向工业规模放大，对三相流化系统流体和气泡动力学，传质和放大效应的研究是至关重要的。

研究现状

过去大部分对三相流体化的研究集中于对复杂流场的分析和它对相含率以及传质性能的影响，大体上可分为3种方向：

流场描述

对三相流化床流动形态的描述主要通过测量不同操作条件下局部和平均相含率以及各相速度。

K. Sivaguru，K.M. Meera Sheriffa Begum和N. Anantharama将液相作为连续相，气相作为分散相，固相是直径1mm，密度为2650kg/m3的陶瓷颗粒，液相和固相使用混合模型，气相用DPM的方法注入流化床底部，使用多孔区域模型来模拟分布板，发现多孔区域模型很适合用于工业条件下的模拟，即使在不同液速、气速，不同的床层高度下。模拟的流化床压降与实验数据吻合很好，当气速增加时，压力降减小。

曹常青等在以空气、水和小尺寸玻璃珠颗粒分别为气相、液相和固相的气液固三相流化床中，使用能同时测得三相流化床各相局部含率的微电导探针技术对局部相含率轴径向分布进行了研究，改变表观气速和表观液速，测试了不同高度的各相局部相含率，发现在充分发展段，局部气含率和局部固含率在三相流化床径向分布是不均匀的，在r/ R = 0.75～0.85 范围内，固含率分布出现一个极大值峰；在气体分布器区，在距气体分布器轴向一定距离范围内，三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布，随着轴向距离的增加，局部气含率径向不对称分布逐渐消失，最终过渡到对称分布，而局部固含率的径向不对称分布消失得不明显。

流型划分

Muroyama和Fan制作了在一定表观气速和表观液速范围内的气体-水-颗粒三相流化床的流型图。施汉昌根据三相流化床中的气泡流动行为将流场划分为三种，即气泡并区、气泡分散区、气泡节涌区。Chen等人通过测量压力脉动来区分流型。Briens使用诸如分形混沌理论等数据挖掘方法来区分气泡聚并和气泡分散等流型。

先进的模拟方法

尽管针对不同过程参数和物系组成下的流场描述和流型划分已进行大量的实验研究，三相反应器中固固、液固和固气间的复杂作用使其流场仍得不到深入的了解。因此，计算流体力学已成为一个强有力的工具用于多相流反应器的优化设计和放大。

在近几十年内，出现了大量的两相液液、液固、气液、气固系统的 CFD 模型。现在有两种方法得到了普遍的应用：（1）Euler-Euler-Euler模型，基于互相渗透的多相流假设；（2）Euler-Lagrange模型，用于解决分散相的运动方程。

三相流系统包括泥浆鼓泡塔和三相流化床的CFD模型已经开发。在泥浆鼓泡塔中，液固滑移速度一般很小，这使得液相和固相可以作为假想的均一混合相，从而将三相系统简化为两相的系统。三相流化床由于其较大的颗粒直径，不能应用这种简化的方法，因此它只能作为一个三相流的问题来处理。

测试技术

根据测试传感器是否侵入流场可将三相流化床测试技术分为两大类：侵入式测试技术和非侵入式测试技术。

侵入式测试技术