聚合反应工程课件-6

第六节流动模型通过对复杂的实际过程的分析，进行合理的简化，然后用一定的数学方法予以描述，使其符合实际过程的规律性，这种方法称为模型法。

为了研究反应器内流体的实际流动形态，在不改变其性质的前提下，对其加以适当的理想化，这种适当理想化的流动模型，称为流动模型，是设计和放大反应器的基础。

目前，流动模型可以分为理想流动模型和非理性流动模型两大类。平推流模型和理想混合流动模型属于理想流动模型。1、平推流模型流体以平推流流动时，全部物料的停留时间都为V/v0，故平推流模型的E(t)和F(t)曲线的形状如下图所示：平推流模型的E(t)和F(t)曲线平推流流动时，系统不存在返混。对于管径小、流速大的管式反应器，可以选用平推流模型。2、理想混合流模型理想混合反应器内的物料的返混程度最大。理想混合反应器示踪实验示意图对于理想混合反应器，当t=0时，以阶跃示踪法输入示踪剂的浓度为C(0)；当t=t

时，示踪剂在出口流体中的浓度为C1；在t+dt时，出口流体中，示踪剂浓度变化为dt。故：整理得：积分得：对示踪剂在dt时间内作物料衡算：流入量=流出量+累积量，即：对上式微分，得：理想混合流反应器的E(t)和F(t)图无因次方差：当时：当时：理想混合反应器中物料在不同时间的F(t)和E(t)

理想混合反应器物料停留时间分布最宽，返混最大。连续搅拌的釜式反应器可以选用理想混合反应模型。4、停留时间分布曲线的应用可针对所存在的问题，设法加以改进。如欲使反应器接近于平推流，可采取增加反应管的长径比，加入横向挡板以增加流程、提高管式反应器中流体的流速，使成为湍流，以消除径向和轴向扩散所造成的停留时间分布不均匀的现象、在管式反应器中装入填料或将其改装为多釜串联。反之，设法加强返流，使反应器接近理想混合流。曲线的峰型和位置与预期的相符合；曲线表示出峰太早，说明反应器内可能有短路或沟流存在；曲线为出现几个递降的峰型，表示反应器内可能有循环流动；表示出峰太晚，可能是计量上的误差，或者为示踪剂在反应器内被吸附于器壁而减少所致；曲线表明反应器内有两股平行的流体存在。偏离平推流的E(t)曲线曲线的峰型和位置与预期的相符合；曲线表示出峰太早，说明反应器内可能有短路或沟流存在；曲线为出现几个递降的峰型，表示反应器内可能有循环流动；表示出峰太晚，可能是计量上的误差，或者为示踪剂在反应器内被吸附于器壁而减少所致；曲线是由于仪表滞后而造成时间的推延等。接近理想混合流的E(t)曲线形状第七节停留时间分布与化学反应通过停留时间分布的测定，可以定量的看出同类反应器中的返混程度，在化学反应器的设计、放大中，还需要与化学反应结合起来，达到预计反应结果的目的。1、反应器内流体的混合状态

宏观混合：由于搅拌作用，流体先分散成束，继而分散成微元，并均匀的分布于整个容器中。这种微元尺度上的均匀化，称为宏观混合；这种流体，称为宏观流体。宏观混合时，各微元中的分子始终保持在一起，不与其他微元进行质量交换；每一微元可以看作是一个独立的间歇反应器，反应物在微元中的反应程度取决于微元的停留时间，出口的流体组成则是各微元组成的平均值。

悬浮聚合是一典型的宏观混合的例子。微观混合：宏观流体可通过涡流扩散和分子扩散可达到分子尺度上的均匀。这种以分子尺度混合的状态称为微观混合；这样的流体，称为微观流体。

微观混合时，各分子在反应器中可以自由流动，分子间可以相互混合与作用，出口流体的组成与反应器内的组成一致。

工业上常见的一些均相反应，当其反应速率远比涡流扩散及分子扩散慢的多时，可以认为在微元混合的条件下进行。

宏观混合和微观混合，是混合状态的两种极端形式。2、微观混合反应器的计算例2-12：某管式反应器的直径为0.0285m，长度为3.74m，流体的流速w为0.36m/s,按脉冲示踪法测得如下数据a、多级理想混合模型如在反应器内进行一级反应，k=0.41min-1，若此反应器能以多级理想混合模型来描述，试计算反应器出口处未转化部分的分率。计算表明：出口物料中尚有93%的反应物还未转化。为提高转化率，常采用以下三种方法：（1）降低流速，增加物料在反应器中的停留时间；（2）增加反应器长度，以使τ

增加；（3）在反应器内增设挡板或填料，这样可以减少返混，提高模型参数N，增加转化率。反应器出口流体平均浓度：转化率形式：3、宏观混合反应器的计算宏观混合时，反应是在微元中进行，每一微元可以看作是一独立的间歇式反应器，微元中的反应程度取决于微元在反应器中的停留时间，所以出口流体的平均组成是各微元组成的平均值。微观混合反应