反应器中的混合对反应的影响
96页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 1编辑ppt概述概述返混定义返混定义理想置换反应器理想置换反应器(PFR)理想混合反应器理想混合反应器(CSTR)两种流体流动极两种流体流动极限模型反应器限模型反应器物料在反应物料在反应器中的混合器中的混合在空间上的混合在空间上的混合在时间上的混合在时间上的混合这种混合过程这种混合过程简单混合简单混合返混返混2编辑ppt理想反应器的流动模式理想反应器的流动模式 - - 平推流平推流 和和 全混流。全混流。 间间歇歇釜釜全全混混釜釜u=const平推流平推流理想的平推流和间歇釜停留时间均一,无返混。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同。间分布与釜内物料的停留时间相同。 3编辑ppt4编辑ppt实际反应器流动形式的复杂性实际反应器流动形式的复杂性u沟流沟流回流回流存在速度分布存在速度分布 存在死区和
2、短路现象存在死区和短路现象 存在沟流和回流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。值具有较大的差异。 DeadzoneShortcircuiting5编辑ppt实际流动与实际流动与PF的偏离的偏离(轴向返混轴向返混)1.并行流存在速度分布并行流存在速度分布2.存在分子热运动存在分子热运动DistributionH2空气TT0热反馈QEddy涡流DispersionVLaminar6编辑ppt实际流动与实际流动与CSTR的偏离的偏离短路短路活塞流活塞流滞流滞流离子反应离子反应 非CSTR胃曝气池曝气池 生化反应生化反应CSTR7编辑ppt影响反应结果的三大要素:影响反应结果的三大要素:a)停留时间分布(停留时间分布(residencetimedistribution,RTD)b)凝集态(凝集态(stateofaggregation)c)早混或迟混(早混或迟混(earlinessandlatenessofmixing)RTD对反应的影响对反应的影响注入注入检测检测8编辑ppt平均停留时间为平均停留时间为实际停留
3、时间实际停留时间ti不尽相同,转化率不尽相同,转化率x1, x2, , x5亦不相同。亦不相同。出口转化率应为出口转化率应为5个质点转化率的平均值,即个质点转化率的平均值,即InjectionDetection9编辑ppt聚集态的影响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,如结团结团弥散弥散两种体系的反应程度显然应该是不两种体系的反应程度显然应该是不同的。同的。工程中,尽量改善体系的分散尺度,以达到最有效工程中,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。的混合,从而改善反应效果。鼓泡鼓泡气体气体液体液体喷喷雾雾10编辑ppt混合迟早度的影响混合迟早度的影响早混早混晚混晚混即使两反应体系的空时相同,由于反应混合的迟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。早不同,反应结果也不相同。11编辑ppt第一节第一节 连续反应器中物料混合状态分析连续反应器中物料混合状态分析一、混合现象的分类一、混合现象的分类按混合对象的年龄可以把混合分成两种:按混合对象的年龄可以把混合分成两种:(1
4、 1)同龄混合:相同年龄物料之间的混合)同龄混合:相同年龄物料之间的混合(2 2)返混()返混(back mixingback mixing) :不同年龄物料之间的混:不同年龄物料之间的混合合混合尺度的大小混合也可分为两种类型:混合尺度的大小混合也可分为两种类型:宏观宏观( (macro-)macro-)混合:设备尺度上的混合混合:设备尺度上的混合微观微观( (micro-)micro-)混合:物料微团尺度上的混合混合:物料微团尺度上的混合12编辑ppt混合的机理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对运动和剪切力高速旋转的旋涡与液体微团产生相对运动和剪切力更小尺度上的均匀更小尺度上的均匀分子扩散分子扩散微团最终消失微团最终消失微观均匀微观均匀均相均相13编辑ppt提高混合效果的措施:提高混合效果的措施:消除打旋现象:消除打旋现象:螺旋浆式螺旋浆式涡轮式涡轮式14编辑ppt提高混合效果的措施:提高混合效果的措施:q加设导流筒加设导流筒螺旋
5、式 涡轮式15编辑ppt搅拌器的型式搅拌器的型式高转速搅拌器高转速搅拌器1 1、螺旋桨式搅拌器、螺旋桨式搅拌器 螺旋桨式搅拌器的总体循环流动螺旋桨式搅拌器的总体循环流动推进式推进式三叶片式三叶片式16编辑ppt2、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17编辑ppt大叶片低转速搅拌器大叶片低转速搅拌器1、桨式搅拌器、桨式搅拌器2、框式和锚式搅拌器、框式和锚式搅拌器3、螺带式搅拌器、螺带式搅拌器 a-锚式锚式bc-框式框式d-螺带式螺带式18编辑ppt二、连续反应过程的考察方法二、连续反应过程的考察方法 在在连连续续搅搅拌拌反反应应釜釜或或管管式式反反应应器器中中进进行行反反应应,如如果果反反应应物物料料的的微微观观混混合合程程度度不不同同,则则考考察察方方法法即即研研究究方方法法就就不不同同。微微观观混混合合有有两两种种极极限限状状态态,完完全全混混合合和和完完全全不不混混合合,研研究方法完全不同。究方法完全不同。19编辑ppt1 1、以反应容积(或微元)为对象、以反应容积(或微元)为对象当物料微观混合为当物
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