返混backmixing
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。但是,返混与停留时间分布之间并不存在一一对应的关系。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。
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