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

城音第四章反应器中的混合及对反应的影响111

1 第四章 反应器中的混合及对反 应的影响

1.11述111概111I11理想流动模型：1111T相等返混=0平推流反应器1E返混8T 不相等全混流反应器11111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通过测定停留时间分布，确定非理想流动模型参离的描述。数，表达偏离程度。1考察它本章着重讨论非理想流动和反应器的混合状态，们对反应的影响。/11111111111[11111111111E211111111

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

吉大非理想流动反应器理想反应器长直流管式反应器一→PFR，无返混连续搅拌反应器一CSTR，完全返混与流体输送有关的基本原理，称为“流体流动宁田时部分返混

3 ◆ 长直流管式反应器→PFR，无返混 ◆ 连续搅拌反应器→CSTR，完全返混 ◆ 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

吉基本概念食年龄：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 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

吉返混对反应过程的影响JCAt2ttit平均I2平均返混对反应过程的影响停留时间分别为t和t物料混合的反应速率不等于两者反应速率的平均值，即+(r+r)/2+/r·r平均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平均  r  r / 2  r r

按返混程度对反应器分类(PFR)完全不返混反应器1(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招票定量描述引入概率论的方法11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11116

6 ◆ 完全不返混反应器（PFR） ◆ 完全返混反应器（CSTR） ◆ 部分返混反应器 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

11111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1111111福第三节1福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111-111第六节讨论与分析福111111I111/11111111-1111111111

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混合现象的分类11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十种手段。物料的混合只是一种总称，可以有多种不同的情况。1福18

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11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。111111911

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

111111111111111112.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）宏观混合取样尺度是设备，即宏观混合是设备尺度上的混合现象，1设备内的物料。11111-1花1111111111E111111/111111111-11110111111

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