反应器 混合反应..ppt

第四章 反应器中的混合及对反应的影响 连续反应器中混合状态的分析 停留时间分布 非理想流动模型 非理想流动反应器的计算 化学反应是不同物质分子间的化学作用，反应进行的必要条件是反应物质之间先要达到接触（混合）； 对CSTR或间歇搅拌反应器，搅拌的目的就是将釜内的物料混合均匀。 物料的年龄是指物料在反应器中已停留的时间； 物料的寿命是物料粒子从入到出反应器所停留的时间； “混合”只是一种总称，按其性质分类可有多种不同的情况。 同龄混合 相同年龄物料之间的混合 如间歇反应 返混 不同年龄物料之间的混合 如CSTR 宏观混合 指设备尺度上的混合现象 PFR与CSTR是两种极端的流动状态 微观混合 它是一种物料微团尺度上的混合 所谓微团是指固体颗粒、液滴或气泡等尺度物料的聚集体。 在发生混合作用时，各个微团之间可以达到完全相混，也可能完全不混或是介于两者之间 均相反应过程是微团之间可以达到完全相混 固相加工反应是微团之间完全不发生相混 湍流混合 反应物经由机械搅拌或高速流体的射流所造成湍流流动被撕裂，破碎成物料微团而分散于另一流体中。 分子扩散 被湍流所破碎的物料微团，通过与其周围流体之间的分子扩散作用而达到分子尺度的均匀，即达到均相状态。 ？预混合是如何影响快、慢速反应过程的 在反应器内任取一尺度远小于反应器的微元（但仍含有大量分子），在微元内不存在组成和温度的差异，即已达到分子尺度的均匀。 在均相反应器内不存在微元尺度的质量传递和热量传递。 脉冲法 脉冲法 阶跃法 阶跃法测停留时间分布 组合模型 组合模型 * * 一种是反应器的进料只有一股物料，在进入反应器前已达到分子尺度的均匀，进入反应器后由于条件的改变而发生反应; 另一种是反应器有两股（或多股）组成不同的进料，进入反应器后由于机械搅拌或高速流体造成的射流，流体被湍流脉动破碎成微团而相互混合，再借助分子扩散，达到分子尺度的均匀。 均相反应和非均相反应的区别只具有相对的意义： 1. 有时难以清晰区分，例如在以酶为催化剂制备蛋白质的生物反应过程中，因为酶本身是组成复杂的蛋白质大分子，胶体尺寸为10-100nm，含酶的溶液代表了均相和非均相体系之间的一个灰色区域。 2.同一反应过程在不同条件下，应视为均相反应或非均相反应可能发生转化。 按操作方式，可分为间歇反应器、连续反应器和半间歇（或半连续）反应器。 按反应物料的宏观混合状态，可分为集中参数系统和分布参数系统；对连续流动反应器还可按反应器中是否存在停留时间不同的物料之间的混合，即返混进行分类。 理想反应器指实际反应器流型的几种极限情况 (1)理想间歇反应器； (2)活塞流反应器——返混为零的连续流动反应器； (3)全混流反应器——返混为无穷大的连续流动反应器。 注意： PFR与Batch均无返混 C=f(t)――Batch PFR的τ相当于Batch的t C=f(l)――PFR CSTR有强烈返混，推动力↓。 偏离理想状态 径向流速不均匀 PFR 沟流 涡流 搅拌不均匀 CSTR 死角 短路 偏离理想状态 停留时间分布 如何观测与度量返混 如何描述非理想流动 1. 停留时间分布测试 易控制，易测 实验－安示踪物 与原物料性质相近 不改变流动特征 实验测定方法与响应特征 用脉冲或阶跃法注入示踪剂，跟踪实验看信号的响应来观察停留时间分布。 (2) 停留时间分布密度 与停留时间分布函数 ：R.T在t与(t+dt)间的物料质点的分率 归一化： ， F(t)： 的物料质点的分率 脉冲实验，测的是 阶跃实验，测的是 (3) PFR与CSTR的 、 PFR： ： ： CSTR: 某一时刻，进口示踪物加入量－出口示踪物流出量＝器内示踪物积累量 时，C＝0 (4) 停留时间分布测定的作用 ① 计算物料的R.T.D. ② 定性分析流型 ③ 定量判别流型(得到非理想反应器的模型参数) 2. 停留时间分布的数学特征 ② ③ 平均停留时间 停留时间的数学期望 ④ 离散度t对 的偏离情况，又叫方差 ① ⑤ 对比时间 PFR: CSTR: