3非理想流动反应器1.pptVIP

第一节、概述 在第1章中,着重讨论了两种理想流动模型：平推流和全混流，并讨论了平推流反应器和全混流反应器,并对不同反应用反应器及其操作方法进行了评选。 在化学反应器中进行化学反应，必须要进行物料的混合。在第1章中认为,物料的混合达到了分子均匀程度，即呈分子状均匀分散，这是物料混合的极限。 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。偏离平推流和全混流的流动状况称为非理想流动。 本章重点讨论非理想流动： 第二节 流体在反应器内的停留时间分布 第三节 非理想流动模型 第四节 模型法进行均相反应过程计算小结 [学习目的] 掌握化学反应器中的各种流动模型和停留时间分布情况； 了解停留时间分布规律的实验测定。 [重点与难点]化学反应器中的各种流动模型和停留时间分布情况。 一、返混的定义 在化学反应器中进行化学反应，必须要将物料达到充分混合，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、按混合对象的年龄分类 （即在反应器中的停留时间 ） 1）简单混合（同龄混合） 相互混合的两部分物料是在相同时间进入反应器的。例如间歇反应器中物料的年龄相同，即为同龄混合。 2）返混（不同龄混合） 2）返混（不同龄混合） 流动反应器内，处于不同进料时间的两股物料之间发生的混合。 例如: 在搅拌反应器中，物料刚进入反应器,就和反应器内的物料相混合，即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－∞，即不同年龄间的物料达到最大混合，即理想混合。 2、按混合的程度分类 物料混合程度的好坏是相对于一定的取样尺度而言的。尺度即取样的多少，所以取样尺度可能理解为取样的范围。 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，取样范围是设备的物料。 a.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。 b.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 a. 完全混合，呈分子均匀程度； b. 全不混合，例如固相加工反应 c. 不完全混合，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。 二、连续反应过程的考察方法 在连续搅拌反应釜式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可以有定量结果。 如果微观混合为中间状态，则几个微团可以组成微元，此时，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 三、返混对反应过程的影响 釜式和管式反应器中流体的流动状况明显不同，通过前面对釜式和管式反应器的学习，可以发现： 对于单一反应，反应器出口的转化率与反应器内的流动状况有关； 对于复合反应，反应器出口目的产物的分布与器内流动状况有关，即返混所引起的浓度变化将直接影响过程选择率。 四、按返混程度对反应器的分类 1、完全不返混型反应器 （只有简单混合，PFR） 2、充分返混型反应器 （返混程度达到最大值，CSTR） 3、部分返混型反应器 （存在一定程度的返混，但还未达到充分返混的程度，称为非理想流动反应器。） 第二节、流体在反应器内的停留时间分布 在实际工业反应器中，由于物料在反应器内的流速不均匀， 或者由于反应器内部构件的影响造成主体流动方向相反的环 流或者在反应器内存在着沟流、环流和死区，这些工程因素， 都会导致物料的流动状况偏离理想的平推流。 对于平推流反应器，物料同时进入反应器，经历了相同的 时间后，同时离开反应器。 同一时刻离开反应器的物料中，在反应器内经历的停留时间有 长有短，称为停留时间分布，物料的停留时间分布范围为