反应工程第四章_反应器中混合对反应的影响.ppt

第四章反应器中的混合及对反应的影响
概述
在第三章中讨论了两种理想流动模型:平推流和全混流模型,并讨论了平推流反应器和全混流反应器。
在实际反应器中,由于各种工程因素的影响,流动反应器内物料的流动状况偏离平推流和全混流。介于平推流和全混流的流动状况称为非理想流动。
在反应器中进行化学反应,必须要进行物料的混合。
本章讨论:
第一节连续反应器中物料混合状态分析
第二节停留时间分布的测定及其性质
第三节非理想流动模型
第五节非理想流动反应器计算(完全混合)
实际反应器中的物料可能是由固体颗粒、液滴、气泡或者分子团块等聚集体组成的,称之为微团。微团之间的混合程度有三种情况。
第一节连续反应器中物料混合状态分析
4-1 混合现象的分类
在化学反应器中进行化学反应,必须要将物料达到充分的混合。例如在搅拌反应器中通过搅拌是达到物料混合的一种手段。物料的混合只是一种总称,可以有多种不同的情况。
1. 按物料的年龄分类
1)同龄混合
指相同年龄间的混合。例如间歇反应器中物料的年龄相同,即为同龄混合。
2)不同龄混合
指不同年龄间物料的混合。例如在搅拌反应器中刚进入反应器的物料就和反应器内的物料相混合,不同年龄的物料进行混合。在全混流反应器中,年龄分布为0-∞,不同年龄间的物料达到最大混合,即理想混合。
2. 按混合程度分类
物料混合程度的好坏是相对于一定的取样尺度而言的。尺度就是取样的多少,所以取样尺度可以理解为取样的范围。
1)宏观混合
宏观混合是设备尺度上的混合现象,取样尺度是设备,即设备内的物料。
(1)全混流 物料刚进入反应器就和反应器内的物料达到完全混合,物料在设备尺度上达到均一。
(2)平推流 物料进入反应器后,在流动方向上互相不混合,在设备尺度上没有混合。
全混流和平推流是流动状况的两种理想的极端状况,混合程度也是两种极端状况。
2)微观混合
微观混合是指微团尺度上的混合,取样尺度是微团。微团是指固体颗粒,液滴、气泡或分子团等尺度的物料聚集体。每个微团是均匀的,微团之间的混合状态可以分为三种。
(1)微团之间达到完全混合,呈分子均匀程度;
(2)微团之间完全不相混合,例如固相加工反应;
(3)微团之间介于均匀混合和不相混合之间,例如液-液相反应。
宏观混合和微观混合的取样尺度是不同的,不能相提并论。
对于平推流反应器和全混流反应器,如果微团间的混合达到完全混合,即呈分子均匀状态,则可以按第三章中有关公式计算。
4-2 连续反应过程的考察方法
在连续搅拌反应釜或管式反应器中进行反应,如果反应物料的微观混合程度不同,则考察方法即研究方法就不同。微观混合有两种极限状态,完全混合和完全不混合,它们的研究方法完全不同。
4-2 连续反应过程的考察方法
一、以反应容积(或微元)为基准 当物料微观混合为完全混合时,物料呈分子状均匀分散,物料不存在微团。对于搅拌反应器,物料以反应器为边界,对于管式反应器,物料以dVR为边界,所以研究的基准分别为反应器容积VR和反应器微元容积dVR。
目前可以进行定量研究。