《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件）第4章 反应器中的混合及对反应的影响

第四章反应器中的混合及对反 应的影响

1 第四章 反应器中的混合及对反 应的影响

概述 理想流动模型： 平推流反应器 返混=0 t相等 全混流反应器 返混=∞ τ不相等 ■非理想流动模型： 它是对实际工业反应器中流体流动状况与理想流动偏离 的描述。通过测定停留时间分布，确定非理想流动模型参数， 表达偏离程度。 本章着重讨论非理想流动和反应器的混合状态，考察它 们对反应的影响。 阳喝 2

2 概 述 ▪ 理想流动模型： 平推流反应器 返混＝0 τ相等 全混流反应器 返混＝∞ τ不相等 ▪ 非理想流动模型： 它是对实际工业反应器中流体流动状况与理想流动偏离 的描述。通过测定停留时间分布，确定非理想流动模型参数， 表达偏离程度。 本章着重讨论非理想流动和反应器的混合状态，考察它 们对反应的影响

非理想流动反应器 理想反应器 ◆长直流管式反应器→PFR,无返混 ◆连续搅拌反应器→CSTR,完全返混 与流体输送有关的基本原理 称为“流体流动” 厅面间刀中：T→一 部分返混

3 非理想流动反应器 理想反应器 ◆ 长直流管式反应器→PFR，无返混 ◆ 连续搅拌反应器→CSTR，完全返混 实际反应器 ◆ 流体元—流体流动时独立存在的最小单元 ◆ 流体流动：流速分布；扩散；对流等 ◆ 设备设计：短路；死区；（沟流） ◆ 停留时间分布：↗r↗—↗ ◆ 部分返混 与流体输送有关的基本原理， 称为“流体流动

基本概念 年龄：物料（质点）从进入反应器开始，目前已 经在反应器内逗留的时间（仍旧未离开反应器） 停留时间：物料（质点）从进入反应器开始，到 离开反应器为止，在反应器中总共逗留的时间。 这个时间也就是质点的寿命 混合、返混(Back mixing)及其区别 停留时间分布研究的主要应用 诊断型；◆设计型

4 基本概念 年龄：物料（质点）从进入反应器开始，目前已 经在反应器内逗留的时间（仍旧未离开反应器） 停留时间：物料（质点）从进入反应器开始，到 离开反应器为止，在反应器中总共逗留的时间。 这个时间也就是质点的寿命 混合、返混（Back mixing）及其区别 停留时间分布研究的主要应用 ◆ 诊断型； ◆ 设计型

驱混对反应过程的彩响 CA t平均 r2r平均 返混对反应过程的影响 停留时间分别为t和t2物料混合的反应速率不等 于两者反应速率的平均值，即： 平均≠(G+3)/2≠V73 5

5 返混对反应过程的影响 停留时间分别为t1和t2物料混合的反应速率不等 于两者反应速率的平均值，即： ( ) 1 2 1 2 r  r + r / 2  r r 平均

漤返混程度对反应器分类 完全不返混反应器(PFR) 完全返混反应器(CSTR) 部分返混反应器 流体在反应器内的停留时间分布 定量描述一引入概率论的方法 物料在反应器中的逗留时间（年龄）分布是 个随机过程，可用相应概率分布规律函数定量描述 和 超 6

6 流体在反应器内的停留时间分布 按返混程度对反应器分类 ◆ 完全不返混反应器（PFR） ◆ 完全返混反应器（CSTR） ◆ 部分返混反应器 定量描述—引入概率论的方法 物料在反应器中的逗留时间（年龄）分布是一 个随机过程，可用相应概率分布规律函数定量描述

本章讨论： 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 非理想流动反应器计算 周 第六节 讨论与分析

7 本章讨论： 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 非理想流动反应器计算 第六节 讨论与分析

第一节连续反应器中物料混合状态分析 一、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。 8

8 第一节 连续反应器中物料混合状态分析 一、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)相同年龄物料之间的混合一一同龄混合 例如间歇反应器中物料的年龄相同，即为同龄混合。 2)不同年龄物料之间的混合一一返混 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0一00，不同年龄间的物料达到最大 混合，即理想混合。 9

9 １. 按物料的年龄分类 １）相同年龄物料之间的混合——同龄混合 例如间歇反应器中物料的年龄相同，即为同龄混合。 ２）不同年龄物料之间的混合——返混 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.按混合的尺度分类 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。 圈 超 10

10 ２. 按混合的尺度分类 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