2.5案例 2.5.1返混影响的确定 返混是指反应器内不同反应状态的物料的混合。引起返混的原因有：(1)反应器内存在着 不同尺度的反向运动，如搅拌造成的主体流动、对流、分子扩散、涡流扩散等：(2)不均匀的 流速分布，如管内层流流动时的抛物线速度分布、反应区中的死区、沟流、短路会造成严重的 速度分布不均匀。 (1)返混的定义 返混有两种理想状态：一种是活塞流状态，当反应物料以稳定的流速流入反应器，在反应 器中平行向前移动时，沿物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动的 任何截面，物料的所有参数如温度、压力、流速都相同，反应器中没有返混：另一种是全混流 状态，当反应物料以稳定的流速流入反应器时，刚进入的新鲜物料与留存在反应器内的物料在 瞬间达到完全混合，全混流的返混程度最大。介于活塞流和全混流状态之间有不同程度返混的 是实际反应器。 (2)返混的度量 工程因素返混可由反应物料在反应器内的停留时间分布来度量。 反应物料在反应器内的停留时间分布是一个随机的过程，可用停留时间分布密度来描述。 停留时间分布密度的定义是：同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于t与t+t间的 dN 质点所占的分率N为E(t)t。停留时间分布通常由实验测定，即用一定的方法将示踪物加到 反应器的进口，然后在反应器出口物料中检测示踪物信号，以获得示踪物在反应器中停留时间 分布规律的实验数据，从而测定反应器返混的程度。 (3)工程因素返混对化学工艺的影响 工程因素返混对化学工艺的最重要影响就是改变了反应器内物料浓度分布，使反应物浓度 普遍的下降，产物浓度普遍的上升。因此，工程因素返混的利弊由化学反应的特性一反应动力 学浓度效应来决定：(1)对正级数反应，返混降低了反应的推动力，使反应速率降低，转化率 降低：(2)对负级数反应，返混提高反应速率，有利于反应：(3)对自催化反应，返混使产物 浓度增加，也有利于反应：(4)对复合反应中的平行反应，若主反应级数高于副反应级数，返 混使主产物选择率下降，若主反应低于副反应级数，返混使主产物选择率提高：(5)对复合反 应的连串反应，返混使反应物浓度降低，产物浓度升高，因而，使主产物的选择率下降。 返混是反应器连大型化后的工程现象，在分析、设计、使用各种类型的反应器时都必须了 解反应器的返混状况。 在很多种情况下，返混是一种不利的因素，要加以限制。方法主要有横向分隔和纵向分隔。 工业上横向分隔的例子有很多，如用连续搅拌釜式反应器而又要限制返混时，常采用多级全混 釜串联操作。当釜数足够多时其浓度的变化可接近平推流。 下面的例子中说明了横向分隔限制返混的措施。在一间歇搅拌釜中，反应物A按一级反 应动力学转化为R。每一操作周期持续4小时，其中3小时用于反应，反应结束时的转化率为 95%,1小时用于两批反应之间的加料、卸料和清洗反应器。为了改善工人的劳动条件，将反 应器改为连续操作，为保持反应转化率仍为95%，需增加一搅拌釜。比较若新增反应釜和原金 并联操作，其容积怎样变化：若新增反应釜和原釜串联操作，其容积的变化又怎样。 根据间歇反应器的操作结果，计算反应速率常数为： x4=0.95=1-e-3k e3k=0.05 k=1(h-)2.5 案例 2.5.1 返混影响的确定 返混是指反应器内不同反应状态的物料的混合。引起返混的原因有：（1）反应器内存在着 不同尺度的反向运动，如搅拌造成的主体流动、对流、分子扩散、涡流扩散等；（2）不均匀的 流速分布，如管内层流流动时的抛物线速度分布、反应区中的死区、沟流、短路会造成严重的 速度分布不均匀。 （1）返混的定义 返混有两种理想状态：一种是活塞流状态，当反应物料以稳定的流速流入反应器，在反应 器中平行向前移动时，沿物料的流动方向，物料的温度、浓度不断变化，而垂直于物料流动的 任何截面，物料的所有参数如温度、压力、流速都相同，反应器中没有返混；另一种是全混流 状态，当反应物料以稳定的流速流入反应器时，刚进入的新鲜物料与留存在反应器内的物料在 瞬间达到完全混合，全混流的返混程度最大。介于活塞流和全混流状态之间有不同程度返混的 是实际反应器。 （2）返混的度量 工程因素返混可由反应物料在反应器内的停留时间分布来度量。 反应物料在反应器内的停留时间分布是一个随机的过程，可用停留时间分布密度来描述。 停留时间分布密度的定义是：同时进入反应器的 N 个流体质点中，停留时间介于 t 与 t+dt 间的 质点所占的分率 N dN 为 E(t)dt。停留时间分布通常由实验测定，即用一定的方法将示踪物加到 反应器的进口，然后在反应器出口物料中检测示踪物信号，以获得示踪物在反应器中停留时间 分布规律的实验数据，从而测定反应器返混的程度。 （3）工程因素返混对化学工艺的影响 工程因素返混对化学工艺的最重要影响就是改变了反应器内物料浓度分布，使反应物浓度 普遍的下降，产物浓度普遍的上升。因此，工程因素返混的利弊由化学反应的特性—反应动力 学浓度效应来决定：（1）对正级数反应，返混降低了反应的推动力，使反应速率降低，转化率 降低；（2）对负级数反应，返混提高反应速率，有利于反应；（3）对自催化反应，返混使产物 浓度增加，也有利于反应；（4）对复合反应中的平行反应，若主反应级数高于副反应级数，返 混使主产物选择率下降，若主反应低于副反应级数，返混使主产物选择率提高；（5）对复合反 应的连串反应，返混使反应物浓度降低，产物浓度升高，因而，使主产物的选择率下降。 返混是反应器连大型化后的工程现象，在分析、设计、使用各种类型的反应器时都必须了 解反应器的返混状况。 在很多种情况下，返混是一种不利的因素，要加以限制。方法主要有横向分隔和纵向分隔。 工业上横向分隔的例子有很多，如用连续搅拌釜式反应器而又要限制返混时，常采用多级全混 釜串联操作。当釜数足够多时其浓度的变化可接近平推流。 下面的例子中说明了横向分隔限制返混的措施。在一间歇搅拌釜中，反应物 A 按一级反 应动力学转化为 R。每一操作周期持续 4 小时，其中 3 小时用于反应，反应结束时的转化率为 95%，1 小时用于两批反应之间的加料、卸料和清洗反应器。为了改善工人的劳动条件，将反 应器改为连续操作，为保持反应转化率仍为 95%，需增加一搅拌釜。比较若新增反应釜和原釜 并联操作，其容积怎样变化；若新增反应釜和原釜串联操作，其容积的变化又怎样。 根据间歇反应器的操作结果，计算反应速率常数为： k A x e 3 0.95 1     0.05 3   k e 1( ) 1 k  h