返混

在装置内向某一方向流动的流体受到某种影响(如挡板或搅拌器的作用)后,其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象。这种混合会影响装置内流体浓度的分布和停留时间分布,进而影响到装置的功效,故对许多均相和多相的分离过程和反应过程来说,返混问题至关重要。通常应该示踪剂进行研究,并用涡流分散系统或佩里克数表示返混程度的大小。

返混,又称逆向混合,是一种混合现象。狭义地理解,它指连续过程中与主流方向相反的运动所造成的物料混合。这种混合的存在,影响了沿主流方向上的浓度分布和温度分布,使浓度趋向于出口浓度。对于传质过程,这样的浓度变化使浓度推动力减小,从而减小了传递速度。对于反应过程,这样的浓度变化使反应物浓度降低,产物浓度增加,从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加,反应选择性下降。在描述返混的模型中有两个极限的模型,即全混流模型和活塞流模型。实际返混情况与活塞流偏差不大时常采用扩散模型,与全混流有偏差时常用多级全混流模型。在化工放大过程中,应充分考虑返混程度可能引起的变化。但是,返混并不总是有害因素,例如产物具有催化作用时,平行副反应级数高于主反应时,返混在一定程度上是有利的。返混使物料在设备内的停留时间的不均匀,造成停留时间的分布。不均匀流动同样会造成停留时间的分布。因此,有些研究者认为,广义地理解,返混广义地泛指不同时间进入系统的物料之间的混合,包括物料逆流动方向的流动,例如:环流和由湍流和分子扩散所造成的轴向混合,及由不均匀的速度分布所造成的短路、停滞区或“死区”、沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。

返混的结果是物料呈一定的停留时间分布。狭义地说,返混专指物料逆流动方向的流动和混合。返混影响系统中的温度分布和浓度分布,也影响反应过程和其他过程的结果。在化学反应工程的初创时期,曾把返混作为一种重要的反应器传递过程而进行广泛研究。其后,返混的概念亦被用于传热过程和精馏、吸收、萃取等传质分离过程的分析和研究。

返混是流动系统的内在流动特征,一般不易直接测定。返混的研究通常是先简化,然后假设流动模式(流动宏观形态的简化物理模式),以流动模型表示返混与物料停留时间分布的定量关系,并根据物料的停留时间分布来检验模型和估计模型参数。一定的返混流动模式会表现出确定的停留时间分布,但同样的停留时间分布却可能由不同的返混流动模式造成。所以从停留时间分布不能确切推测流动模式。

反应器中的流动,通常很复杂,常可简化为若干种基本的流动模式。其中理想流动模式有二:一是返混量为零的流动,即平推流(或活塞流,或理想排挤);另一是返混量为无穷大的流动,即全混流(或理想混合)。非理想流动模式的返混量介于零与无穷大之间。

返混使系统中的温度分布或浓度分布趋于平坦。因此,凡是要求较大温度差或浓度差的场合,返混是不利因素。对各种反应来说,返混的利弊各不相同:①在正级数反应中,返混会降低反应器中反应物的浓度,必然会降低表观的反应速率。例如对于一级反应,在要求出口转化率为90%时,平推流反应器中的表观速率约为全混流反应器的2.3倍。②在有串联副反应的反应中,返混降低反应物的浓度、同时提高产物浓度,必然降低表观的选择率。③在有平行副反应的反应中,如果主反应级数高于副反应的级数,则返混使表观选择率下降。④对负级数反应、自催化反应以及其他需要均匀温度或浓度的反应(如可以利用反应放热来加热反应原料的反应),返混是有利因素。

凡是有降液管的塔板上,液体物料横过塔板与上升气体呈T字形错流状态。物料中易挥发组分的浓度将沿着流动的方向逐渐下降。但如果因液体流动情况、流道长度、以及停留时间、塔板的水平度和水力梯度等原因,会使上升的气体在工作面上使液体形成涡流状态,即浓度高低不一的液体搅混在一起,从而破坏了已经形成的液体沿正常流动方向的浓度变化,这种现象就是返混现象,在塔内时有发生,导致分离效果降低。

相关词汇

混合
混合
湍流
分子扩散
速度分布
死区
沟流
停留时间分布
混合
温度分布
浓度分布
化学反应工程
反应器传递过程
传热过程
精馏
吸收
萃取
传质分离过程
宏观
流动模型
停留时间
定量关系
停留时间
反应器
理想流动
活塞流
全混
混合
非理想流动
无穷大
级数
反应器
反应速率
反应器
副反应
选择率
副反应
反应级数
选择率
级数
自催化反应
降液管
塔板
错流
涡流
电脑版