化学反应过程与设备.ppt

理想流动非理想流动理想流动反应器的分类和应用 反应器内流体的流动特征主要指反应器内反应流体的流动状态 混合状态等 它们随反应器的几何结构和几何尺寸而异 反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布 而且还存在流速分布 这样的分布容易造成反应器内反应物处于不同的温度和浓度下进行反应 出现不同停留时间的微团之间的混合 即返混 这些流动特征影响反应速率和反应选择率 直接影响反应结果 所以 研究反应器中的流体流动模型是反应器选型 计算和优化的基础 流动模型是对反应器中流体流动与返混状态的描述 一般将流动模型分为两大类型 即理想流动模型和非理想流动模型 非理想流动模型是关于实际工业反应器中流体流动状况对理想流动偏离的描述 理想置换流动模型含义 理想置换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型 与流动方向相垂直的同一截面上各点流速 流向完全相同 即物料是齐头并肩向前运动的 特点 在定态情况下 所有分子的停留时间相同 浓度等参数只沿管长发生变化 与时间无关 所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间 反应器内浓度变化长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流动可视为理想置换流动 理想混合流动模型含义 理想混合流动模型也称为全混流模型 反应物料以稳定的流量进入反应器 刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中的物料瞬间达到完全混合 反应器内物料质点返混程度为无穷大 特点 所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致 而且出口处物料性质与反应器内完全相同 反应器内浓度变化搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流动可视为理想混合流动 非理想流动 理想流动模型是二种极端状况下的流体流动 而实际的工业反应器中的反应物料流动模型往往介于两者之间 对于所有偏离理想置换和理想混合的流动模式统称为非理想流动 实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因滞留区的存在存在沟流与短路循环流流体流速分布不均匀扩散上述是造成非理想流动的几种常见原因 对一个流动系统可能全部存在 也可能是其中的几种 甚至有其它的原因 返混及其对反应过程的影响 返混含义 专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合 是逆向的混合 或者说是不同年龄质点之间的混合 间歇反应器中不存在返混理想置换反应器不存在返混理想混合反应器返混达到极限状态非理想流动反应器存在不同程度的返混 返混对反应过程的影响返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低 返混改变了反应器内的浓度分布 使器内反应物的浓度下降 反应产物的浓度上升 但是 这种浓度分布的改变对反应的利弊取决于反应过程的浓度效应 返混是连续反应器中的一个重要工程因素 任何过程在连续化时 必须充分考虑这个因素的影响 否则不但不能强化生产 反而有可能导致生产能力的下降或反应选择率的降低 降低返混程度的措施 返混对反应器的意义对反应过程产生不同程度的影响在返混对反应不利的情况下 要使反应过程由间歇操作转为连续操作时 应当考虑返混可能造成的危害 选择反应器的型式时 应尽量避免选用可能造成返混的反应器 特别应当注意有些反应器内的返混程度会随其几何尺寸的变化而显著增强 在工程放大中产生的问题由于放大后的反应器中流动状况的改变 导致了返混程度的变化 给反应器的放大计算带来很大的困难 因此 在分析各种类型反应器的特征及选用反应器时都必须把反应器的返混状况作为一项重要特征加以考虑 降低返混程度的措施降低返混程度的主要措施是分割 通常有横向分割和纵向分割两种 其中重要的是横向分割 连续操作的搅拌釜式反应器为减少返混 工业上常采用多釜串联的操作 当串联釜数足够多时 连续多釜串联的操作性能就很接近理想置换反应器的性能 横向纵向 流化床由于气泡运动造成气相和固相都存在严重的返混 为了限制返混 对高径比较大的 常在其内部装置横向挡板以减少返混 而对高径比较小的流化床反应器 则可设置垂直管作为内部构件 横向纵向 气液鼓泡反应器由于气泡搅动所造成的液体反向流动 形成很大的液相循环流量 因此 其液相流动十分接近于理想混合 放置填料 设置多孔多层横向挡板 把床层分成若干级 设置垂直管 理想流动反应器的分类和应用 分类理想混合流反应器理想平推流反应器应用实际生产中 连续操作釜式反应器可以近似看作是理想混合流 连续操作管式反应器可以近似看作是理想平推流 理想流动模型分为两种类型 即 和 返混专指 进入反应器的物料之间的混合说明下列反应器中的返混情况 间歇反应器中返混为 理想置换反应器返混为 理想混合反应器返混为 非理想流动反应