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离析和反应器收率的限度


实验室k / 2019-02-15

       已有几种尝试,企图从某一给定的逗留时间分布来解释反应器所能得到的收率限度。对一级反应,其限度收敛到可以计算得的收率。对其他反应就不是如此。对给定逗留时间分布的反应器,其所得到的产量取决于反应物料在流经反应器时,表示这种逗留时间分布的那种混和是在何处得到的。这个问题可用“离析”(Segregation)以及“最小混和度”和“最大混和度”的概念来讨论。

       假如反应级数高于一级,并且只包含一个反应物,则在过程中混和应该发生得尽可能的迟(最小混和度)。例题(5.12)中的情况1十分接近于这种状况;而情况不是相反的最大混和度的状况,并且产品的收率最低。这种差别也许很小以致难以估算。

       假如反应发生在二个或更多的不同反应物之间,显然反应物必须在某个阶段互相混和,否则反应就不会发生。如果在进口前或就在进口处彻底混和,并且如果反应物按化学计量关系的比例,那么,问题就和前述的情况没有多大差别。然而,如果物料的混和并不完全或者反应物不按化学计量关系的比例,则反应器中的混和效应就很难计算。

       以分子尺度的混和程度和以稍大些尺度混和的程度完全不同。湍流混和产生旋涡,在旋涡中流体层被混杂或被拉长。如果流体层变得足够薄,分子扩散很快就拉平了浓度。由于气相系统的扩散系数比液相系統高得多,因此以分子规模混和时,混和不完全所造成的影响,对液相系统可能要比对气相系统更多地加以注意。

       然而,如果反应物在进反应器的入口处被充分混和,并且逗留时间分布为已知,将可得到反应器性能的估算,虽然这估算通常略微偏高,但其计算结果仍可能和所求的颇为接近。

例题

       用上篇文章的例题4的逗留时间分布和动力学数据,在最小混和情况下,计算留下来未被分解的反应物分率。

       〔答案:0.96%,十分接近例题情况1的1%〕


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