第六章-混合现象及对反应的影响.ppt

1.0 F(t) t 0 2.方差 又称离散度，用来度量随机变量与其均值的偏离程度。 二阶中心矩 对于活塞流反应器 3.对比时间（dimensionless time) 无因次对比时间：不受时间单位制对量值的影响。 时标的改变所引起的变化 F(θ):对比时间小于θ的粒子所占分率 E(θ)dθ:对比时间介于θ~ θ＋d θ的粒子所占分率 F(t)与F(θ)、E(t) 与E(θ)之间的关系 其中：θ=t / tm　　下同 “停留时间小于t ”等价于“对比时间小于θ（=t / tm） “停留时间介于t~t+dt ”等价于“对比时间介于　　　　” 6.2.4 理想流型的停留时间分布 1.平推流（PFR） tm t E(t) tm t F(t) 1.0 * 化学反应工程/混合现象及对反应的影响 Chemical Reaction Engineering * * * 上海工程技术大学 化学化工学院 化学工程与工艺系 第六章 混合现象及对反应的影响 化学反应工程Chemical Reaction Engineering 概述 前面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。 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。 6.1 连续反应器中物料混合状态分析 6.2 停留时间分布的测定及其性质 6.3 微观混合对反应结果的影响 6.4 非理想流动模型及反应器计算 6.1连续反应器中物料混合状态分析 6.1.1 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，则可以按第四五章中有关公式计算。 6.1.2 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。 1.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。 考察方法 2.以反应物料为基准（1）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，所以以微团为研究基准。结合物料的停留时间分