反应器中的混合对反应的影响

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1、第四章反应器中的混合对反应的影响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第三节非理想流动模型第四节混合程度及对反应结果的影响第五节非理想流动反应器的计算概述返混定义理想置换反应器（PFR）理想混合反应器（CSTR）两种流体流动极限模型反应器物料在反应器中的混合在空间上的混合在时间上的混合这种混合过程返混简单混合返混理想反应器的流动模式----平推流和全混流。间歇釜全混釜u=const平推流理想的平推流和间歇釜停留时间均一，无返混。全混釜反应器的返混无穷大，出口物料停留时间分布与釜内物料的停留时间相

2、同。实际反应器流动形式的复杂性u沟流回流存在速度分布存在死区和短路现象存在沟流和回流偏离理想流动模式，反应结果与理想反应器的计算值具有较大的差异。DeadzoneShortcircuiting实际流动与PF的偏离(轴向返混)1.并行流存在速度分布2.存在分子热运动DistributionH2空气TT0热反馈QEddy涡流DispersionVLaminar实际流动与CSTR的偏离短路活塞流滞流离子反应非CSTR胃曝气池生化反应CSTR影响反应结果的三大要素：停留时间分布（residencetimedistri

3、bution,RTD）凝集态（stateofaggregation）早混或迟混（earlinessandlatenessofmixing）RTD对反应的影响注入检测平均停留时间为实际停留时间ti不尽相同，转化率x1,x2,…,x5亦不相同。出口转化率应为5个质点转化率的平均值，即InjectionDetection聚集态的影响理想反应器假定混合为分子尺度，实际工程难以达到，如结团弥散两种体系的反应程度显然应该是不同的。工程中，尽量改善体系的分散尺度，以达到最有效的混合，从而改善反应效果。鼓泡气体液体喷雾混合迟

4、早度的影响早混晚混即使两反应体系的空时相同，由于反应混合的迟早不同，反应结果也不相同。第一节连续反应器中物料混合状态分析一、混合现象的分类按混合对象的年龄可以把混合分成两种：（1）同龄混合：相同年龄物料之间的混合（2）返混（backmixing）：不同年龄物料之间的混合混合尺度的大小混合也可分为两种类型：宏观(macro-)混合：设备尺度上的混合微观(micro-)混合：物料微团尺度上的混合混合的机理总体流动：搅拌器旋转时使釜内液体产生一定途径的循环流动设备尺度上的宏观均匀高速旋转的旋涡与液体微团产生相

5、对运动和剪切力更小尺度上的均匀分子扩散微团最终消失微观均匀均相提高混合效果的措施：消除打旋现象：螺旋浆式涡轮式提高混合效果的措施：加设导流筒螺旋式涡轮式搅拌器的型式高转速搅拌器1、螺旋桨式搅拌器螺旋桨式搅拌器的总体循环流动推进式三叶片式2、涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器的总体循环流动a-直叶圆盘涡轮b-弯叶圆盘涡轮c-直叶涡轮d-折叶涡轮e-弯叶涡轮大叶片低转速搅拌器1、桨式搅拌器2、框式和锚式搅拌器3、螺带式搅拌器a-锚式bc-框式d-螺带式二、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

6、，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，研究方法完全不同。1、以反应容积（或微元）为对象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，所以研究的对象分别为反应器容积VR和反应器微元容积dVR。2、以反应物料为对象当物料微观混合为完全不混合时，物料呈微团独立运动，物料的边界为微团的边界，所以以微团为研究对象，结合物料的停留时间分布函数和动力学方程方程

7、可以有定量结果。如果微观混合处于中间状态，则几个微团可以组成微元，研究对象为微元，目前只有定性的认识，没有定量结果。综上所述，考察对象都是物料，不同的是按照微观混合的程度划分考察的范围：完全混合——反应容积VR或dVR；中间状态——微元（由微团组成）；完全不混合——微团第二节停留时间分布停留时间分布的数学描述停留时间分布的实验测定几种流型的停留时间分布函数与分布密度停留时间分布的应用一、流体在反应器内的停留时间分布返混程度停留时间分布规律定量确定停留时间概率函数概率密度函数数学期望方差两个特征值两个函数描述1

8、、停留时间分布的数学描述全混流反应器：机械混合最大逆向混合最大返混程度无穷大平推流反应器：机械混合为零逆向混合为零返混程度等于零间歇反应器：机械混全最大逆向混合为零返混程度等于零反应器内的返混程度不同—停留时间不同—浓度分布不同—反应速率不同—反应结果不同—生产能力不同非理想流动反应器：介于两种理想情况之间停留时间是随机变量，因此停留时间分布是一种概率分布。1）、停留时间分布的定量描述借用人口统计学