搅拌槽反应器

2020-12-17 15:50:53      点击:

在化学反应系统中,大规模系统和小规模系统中过程速度的相对大小,是由所需要的停留时间决定的。两系统中所需要的运动速度并不一定同两系统运动相似的严格定义相容,至于其它的相似条件(流体动力相似、热相似和化学相似),更不可能同时予以满足。因此,只有当某一特定的关系起支配作用时,才有可能做到比较可靠的放大。为了找到给定的反应系统的这一特定关系,需要把握该过程的特点。
    化学反应过程的阻力可能是化学阻力,也可能是扩散阻力,或者是二者的联合。若是化学阻力,则过程的速度取决于反应温度和浓度;若是扩散阻力,则过程的速度取决于流体运动的湍动程度,是雷诺数的函数。比较各种阻力的相对大小是找到控制因素的关键。在化学反应很慢的场合,化学阻力为主,扩散阻力可以忽略,此时该过程受化学控制。对于快速化学反应,扩散过程可能是速率控制步骤,于是该过程受扩散控制。在许多有热效应的反应过程中,传热是速率控制步骤,而传热速案则是系统流体动力学状态的函数。
    当化学反应的阻力、扩散阻力或传热阻力的大小相差不多时,放大是最困难的。该过程可能与许多无因次数(每一个无因次数代表一个约束条件)有关,但没有一个处于支配地位。此时称这类过程是受“联合控制”。在一般情况下,不可能同时满足不同的无因次数所代表的每个放大准则,这样,在放大过程中不可避免地产生很大程度的不确定性。
    有时有可能改变系统的制约特点使之有利于放大。例如,在一搅拌槽反应器中,增大搅拌强度可使联合控制完全变为化学控制,或者减小搅拌强度,使之完全变为扩散控制。
    温度升高使化学反应加快。温度升高10℃所引起的反应速率的相对增加。称为反应速率的温度系数,它可以作为判定过程的制约性质的一个信息。对于化学控制过程,流体速度的变化对整个过程的速度没有影响,但在扩散控制过程中。反应速率取决于传热或传质速率,它们都是流体速度的函数。
对于扩散控制系统,可以按照传热或传质过程放大,对于化学控制系统,便没有必要满足流体动力相似的条件,为了提高大系统中的传热速率。可以在实际可能的范围内提高搅拌强度。
    无论过程的制约性质如何,放大后必须保持同样的过程温度。这不但是由于温度对反应速率的重大影响,而且是由于在可逆反应中温度的变化可能改变平衡点和反应的产率。为了做到这一点,必须使单位质量反应混合物的传热速率相同。在论述关于搅拌槽中传热过程的放大时已经指出,放大后q/V值都要降低,因此必须在大规模的装置中增加传热面积或采用外换热器循环系统以增大传热速率。

中压容器配化工搅拌器


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