流动反应器内返混研究论文

返混在装置内向某一方向流动的流体收到某种影响（如挡板或搅拌器的作用）后，其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象。这种混合会影响装置内流体浓度的分布和停留时间分布，进而影响到装置的功效，故对许多均相和多相的分离过程和反应过程来说，返混问题至关重要。通常应该示踪剂进行研究，并用涡流分散系统或佩里克数表示返混程度的大小。返混，又称逆向混合，是一种混合现象。狭义地理解，它指连续过程中与主流方向相反的运动所造成的物料混合。这种混合的存在，影响了沿主流方向上的浓度分布和温度分布，使浓度趋向于出口浓度。对于传质过程，这样的浓度变化使浓度推动力减小，从而减小了传递速度。对于反应过程，这样的浓度变化使反应物浓度降低，产物浓度增加，从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加，反应选择性下降。在描述返混的模型中有两个极限的模型，即全混流模型和活塞流模型。实际返混情况与活塞流偏差不大时常采用扩散模型，与全混流有偏差时常用多级全混流模型。在化工放大过程中，应充分考虑返混程度可能引起的变化。但是，返混并不总是有害因素，例如产物具有催化作用时，平行副反应级数高于主反应时，返混在一定程度上是有利的。返混使物料在设备内的停留时间的不均匀，造成停留时间的分布。不均匀流动同样会造成停留时间的分布。因此，有些研究者认为，广义地理解，返混广义地泛指不同时间进入系统的物料之间的混合，包括物料逆流动方向的流动，例如：环流和由湍流和分子扩散所造成的轴向混合，及由不均匀的速度分布所造成的短路、停滞区或“死区”、沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。造成反应器内流体返混的原因有两点(1) 反应器内的环流运动物料在连续反应器中的反向运动造成返混如循环反应器中的循环流连续流动塔式反应器中的轴向反向扩散以及连续釜式反应器中的搅拌作用(2) 反应器内物料的流速分布不均匀当反应器内物料的流速分布不均匀时也同样可以改变反应器内的浓度分布造成返混

返混在装置内向某一方向流动的流体收到某种影响（如挡板或搅拌器的作用）后，其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象。这种混合会影响装置内流体浓度的分布和停留时间分布，进而影响到装置的功效，故对许多均相和多相的分离过程和反应过程来说，返混问题至关重要。通常应该示踪剂进行研究，并用涡流分散系统或佩里克数表示返混程度的大小。返混，又称逆向混合，是一种混合现象。狭义地理解，它指连续过程中与主流方向相反的运动所造成的物料混合。这种混合的存在，影响了沿主流方向上的浓度分布和温度分布，使浓度趋向于出口浓度。对于传质过程，这样的浓度变化使浓度推动力减小，从而减小了传递速度。对于反应过程，这样的浓度变化使反应物浓度降低，产物浓度增加，从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加，反应选择性下降。在描述返混的模型中有两个极限的模型，即全混流模型和活塞流模型。实际返混情况与活塞流偏差不大时常采用扩散模型，与全混流有偏差时常用多级全混流模型。在化工放大过程中，应充分考虑返混程度可能引起的变化。但是，返混并不总是有害因素，例如产物具有催化作用时，平行副反应级数高于主反应时，返混在一定程度上是有利的。返混使物料在设备内的停留时间的不均匀，造成停留时间的分布。不均匀流动同样会造成停留时间的分布。因此，有些研究者认为，广义地理解，返混广义地泛指不同时间进入系统的物料之间的混合，包括物料逆流动方向的流动，例如：环流和由湍流和分子扩散所造成的轴向混合，及由不均匀的速度分布所造成的短路、停滞区或“死区”、沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。造成反应器内流体返混的原因有两点(1)反应器内的环流运动物料在连续反应器中的反向运动造成返混如循环反应器中的循环流连续流动塔式反应器中的轴向反向扩散以及连续釜式反应器中的搅拌作用(2)反应器内物料的流速分布不均匀当反应器内物料的流速分布不均匀时也同样可以改变反应器内的浓度分布造成返混

o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a C o p y r i g h t e d E a C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a 返混一个重要的化学工程概念 Backmixing –A Important Chemical Engineering Concept 张海涛 丁百全 (华东理工大学化工学院 上海 200237) 在化学工程领域返混是一个重要的工程概念返混又称逆向混合是指不同年龄质点之间的混合这里的逆向是时间概念上的逆向不同于一般搅拌混合 1. 返混的起因 返混产生的原因有两点(1) 反应器内的环流运动物料在连续反应器中的反向运动造成返混如循环反应器中的循环流第 1 页肥料优选「山田悦」肥力持久，增产增收。肥料认准山田悦营养全面，增加农作物品质。要买肥料就找山田悦送货上门，专业技术指导，欢迎来电咨询!点击立即咨询，了解更多详情咨询长沙绿丰源生物有机.. 广告连续流动塔式反应器中的轴向反向扩散以及连续釜式反应器中的搅拌作用(2) 反应器内物料的流速分布不均匀当反应器内物料的流速分布不均匀时也同样可以改变反应器内的浓度分布造成返混 2. 返混的度量 返混现象有两种极限情况[1]一种是假定反应物料以稳定流率流入反应器在反应器中平行向前移动好像用一个活塞在气缸中推动气体向一个方向移动一样该反应器称为活塞流反应器其特点是沿着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方向的任何截面上物料的所有参数如温度浓度压力流速都相同因此反应器中没有返混另一种假定反应物料以稳定流率流入反应器在其中刚进入的新鲜物料与存留在器内的物料在瞬间达到完全混合反应器中所有空间位置的物料参数都是均匀的都等于反应器出口处的物料性质这种反应器第 2 页称为全混流反应器全混流反应器的返混程度最大而介于活塞流与全混流反应器之间的是有不同程度返混的非理想反应器 停留时间的概念 返混是由物料在反应器中的停留时间分布来度量的所谓停留时间是指物料质点从进入反应器开始到离开为止在反应器中总共停留的时间 物料在反应器中的停留时间分布是一个随机过程因此可用停留时间分布密度与停留时间分布函数来描述由于这两种函数关系密切本文主要介绍停留时间分布密度 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 与间的质点所占分率dt t +N dN 为dt t E )( 停留时间的实验测定 停留时间分布通常由实验测定主要的方法是应答技术即用一定的方法将示踪物加到反应器进口然后在反应器出口物料中检验示踪物信号以获得示踪物在反应器中停第 3 页留时间分布规律的实验数据示踪物输入的方法有多种如阶跃注入法脉冲注入法等本文主要介绍脉冲注入法的实验 脉冲法是当反应器中流体达到定态流动后在某个极短的时间内将示踪物脉冲注入进料中然后分析出口流体中的示踪物随时间的变化以确定逗留时间分布实验的具体作法是使物料以稳定的流率V 通过反应体积V R然后在某个瞬间(t 0时)用极短的时间间隔t ∆向进料中注入浓度为C 0的示踪物并保持混合物的流率仍为V 同时在出口处测定o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l第 4 页i c o f C h i n a C o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a 示踪物浓度C 随逗留时间t 的变化 以去离子水为料液高锰酸钾溶液为示踪物采用脉冲注入法进行实验测定多级转盘塔的逗留时间分布实验装置如图1所示转盘安装在每级的中间改变电阻平稳地调节转轴速度实验时去离子水从蒸馏水瓶经泵l 输送到高位槽2调节针形阀3经流量计4让料液充满转盘塔5或6开动电机搅拌调节电压电阻使转速稳定待流量稳定后用针筒自进口快速注入一定量的示踪物料高锰酸钾溶液注射时同时计时每隔一定时间间隔在出口处取样进行比色分析在一第 5 页定流率V 0及转速下求得示踪物的消光度随时间的变化直到消光度为零实验即告结束 图1 多级转盘塔停留时间分布测定实验流程示意图 3. 返混的影响 返混改变了反应器内物料的浓度分布使反应物的浓度普遍下降产物的浓度普遍上升因此返混的利弊决定于反应动力学的浓度效应对正级数的反应返混降低了反应推动力使反应速率降低转化率降低对负级数的反应返混提高反应速率有利于反应对自催化反应返混使产物产物同时又是催化剂浓度增加也有利于反应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级数低于副反应级数返混使主产物选择率提高对复合反应中的连串反应返混使反应物浓度降低产物浓度提高因而使主产物的选择率下降 实际反应器中由于流动情况复杂返混情况不同流体质点在反第 6 页应器中逗留时间不同都会影响到反应的转化率 在实际反应器中由于物料质点的逗留时间不同其反应程度也不一样出口时物料中各个质点的浓度也不相同为了计算平均转化率就要根据不同的逗留时间求得出口物料的平均浓度根据逗留时间分布密度的定义逗留时间在t 与t+dt 间的质点所占的分率为E(t)dt 若这部分质点的浓度为C A 则出口物料中反应组分A 的平均浓度A 为 ∫∞=0)(dt t E C A A C (1) 若知道物料质点的逗留时间分布密度就可由上式算出出口平均浓度 下面的例子说明根据逗留时间分布密度计算平均转化率的方法反映了逗留时间分布对转化率的影响连续反应器中进行一级液相反应[2]为了判断反应器中的流型采用脉冲法加入示踪物进行第 7 页停留时间分布测定测得下列实验数据采用同样空时的CSTR 可以达到转化率问这反应器可达到的转化率为多少o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a C o p y r i g h t e d E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y S h a n g h a i 200237 P e o p l e s R e p u b l i c o f C h i n a 时间t,s 10 20 30 40 50 60 70 80 示踪物浓度 0 3 5 5 4 2 1 0 解首先计算平均停留时间 平均停留时间t 连续型计算公式和离散型计算公式分别为 ∑∑=∫∫=∞∞∞∞0000p p p p c tc dt c dt tc t 124553)701()602()405()305()203(+第 8 页++++×+×+×+×+×==40s 利用CSTR 的反应结果计算k 对一级反应 c c c k −=0τ s x x k /)()1(=−=−=τ实际反应器的转化率 dt t E e c c x kt )(1100∫−=−=∞− 离散型为∑∆−=−=∞−00)(11t t E e c c x kt 其中∑∆=∞0)(t c c t E p p 时间 t,s 浓度 )(t E Kt kt e − t t E e kt ∆−)( 20 3 30 5 40 5 50 4 60 2 70 1 ∑∆−t t E e kt )(= x=1kt e −=×−e = 由于实际反应器转化率在PFR 与CSTR 之间所以是非理想反应器 4. 结语 总之返混是反应器连续化后才出现的一种工程现象在分析设计和使用各种类型的反应器时第 9 页都必须把反应器中的返混状况作为一项重要的特征加以考虑某些反应器具有特殊的型式或结构如一般管式反应器的长径比必须大于100连续釜式反应器的多釜串联操作等究其原因就是出于限制返混的考虑 参考文献 [1] 朱炳辰化学反应工程化学工业出版社,1998,7591[2] 朱炳辰房鼎业姚佩芳化学反应工程例题与习题华东化工学院出版社19937980第 10 页百度文库 搜索返混继续阅读本文档版权说明：本文档由用户提供并上传，收益归属内容提供方，若内容存在侵权，请进行举报或认领相关文档污泥物预处理中的返混方法[发明专利]0人正在看防返混系统[发明专利]0人正在看10.预处理器返混原因37人正在看连续流动反应器中的返混测定325人正在看查看更多为您精选返混会员文档165篇人气好文返混2240人阅读高压反应釜的返混现象1000人阅读热门TOP流动反应器内返混研究1000人阅读多釜串联返混实验4816人阅读立即开通VIP返混_丽智安科精馏，实验装置专业定制厂家返混，丽智安科专业生产精馏实验装置实验设备!吸收解析使用，流体流动阻力，流体力学综合实验，大学环境独家实训基地化工实验设备厂家广告返混_淘宝网-万千中国化肥十大，淘不停!返混，淘宝网，专业的一站式购物平台，汇集众多品牌，超值商品，超低价格，随时随地，想淘就淘。广告2858人已获取工具 收藏 获取文档下一篇