(1)加人到不銹鋼反應釜中的物料能很快且良好地分散到反應釜中的整個(gè)物料之中。
(2)反應釜中的物料混合要充分,沒(méi)有死角,一處的濃度均應相等。對于某些快速復雜反應,可以防止局部濃度過(guò)高,使副反應增加,從而導致選擇性降低。
(3)不銹鋼反應釜內物料側的給熱系數要求足夠大,從而使反應熱可以及時(shí)移出或使反應需要的熱量及時(shí)傳人。
(4)如果反應受傳質(zhì)速率的控制,通過(guò)攪拌的作用可以使傳質(zhì)速率達到合適的數值。
2攪拌的混合機理攪拌器之所以能起到液液、氣液、固液分散等攪拌效果,主要在于攪拌器的混合作用。
剪切作用。在這種剪切應力的作用下,靜止或低速運動(dòng)的液體也跟著(zhù)以很高的速度運動(dòng)起來(lái),從而帶動(dòng)所有液體在設備范圍內流動(dòng)。這種設備范圍內的循環(huán)流動(dòng)稱(chēng)為“宏觀(guān)流動(dòng)”。由此造成的設備范圍內的擴散混合作用稱(chēng)為“主體對流擴散”。在產(chǎn)生宏觀(guān)流動(dòng)的同時(shí),處于高速液流和靜止或低速液流界面的液體,由于受到強烈的剪切作用,被卷起而形成漩渦。這些高速旋轉的漩渦又對它周?chē)囊后w造成強烈的剪切作用,從而產(chǎn)生更多的漩渦。眾多的漩渦一方面把更多的液體挾帶到作宏觀(guān)流動(dòng)的主體液流中去,同時(shí)形成局部范圍內液體快速而紊亂的對流運動(dòng),即局部的湍流流動(dòng)。這種局部范圍內的漩渦運動(dòng)稱(chēng)為“微觀(guān)流動(dòng)”。由此造成的局部范圍內的擴散混合作用稱(chēng)為“渦流對流擴散”。
攪拌設備里不僅存在渦流對流擴散和主體對流擴散,還存在分子擴散,其強弱程度依次減小。實(shí)際的混合作用是上述三種擴散作用的綜合。但從混合的范圍和混合的均勻程度來(lái)看,三種擴散作用對實(shí)際混合過(guò)程的貢獻是不同的。主體對流擴散只能把物料破碎分裂成“微團”,并把這些微團在設備范圍內分布均勻。而通過(guò)微團之間的渦流對流擴散,可以把微團的尺寸降低到漩渦本身的大小。攪拌越劇烈,渦流運動(dòng)就越強烈,湍流程度就越大,分散程度就越高,即漩渦的尺寸越小。在通常的攪拌條件下,漩渦的尺寸為幾十微米。然而,這種的漩渦也比分子大得多。因此,主體對流擴散和渦流對流擴散都不能達到分子水平上的完全均勻混合。分子水平上的完全均勻混合只有通過(guò)分子擴散才能達到。我們把在設備范圍內呈微團均勻分布的混合過(guò)程稱(chēng)作“宏觀(guān)混合”,把達到分子規模分布均勻的混合稱(chēng)作“微觀(guān)混合”??梢?jiàn),主體對流擴散和渦流對流擴散只能進(jìn)行宏觀(guān)混合,只有分子擴散才能進(jìn)行微觀(guān)混合。但是,漩渦運動(dòng)不斷更新微團的表面,大大增加分子擴散的表面積,減小了分子擴散的距離。因此,提高了微觀(guān)混合速率。
不同的不銹鋼反應釜攪拌過(guò)程對宏觀(guān)混合和微觀(guān)混合的要求是不同的。對于某些化學(xué)反應過(guò)程要求達到微觀(guān)混合,否則就不可避免地發(fā)生反應物的局部濃集,其后果是對主反應不利,收率下降。對于液液分散或固液分散,不存在相間的分子擴散,只能達到宏觀(guān)混合,并依靠漩渦的湍流運動(dòng)減小微團的尺寸。而對于均相液體的混合,由于分子擴散速率很快,混合速率受宏觀(guān)混合控制,應設法提高宏觀(guān)混合速率。
(2)反應釜中的物料混合要充分,沒(méi)有死角,一處的濃度均應相等。對于某些快速復雜反應,可以防止局部濃度過(guò)高,使副反應增加,從而導致選擇性降低。
(3)不銹鋼反應釜內物料側的給熱系數要求足夠大,從而使反應熱可以及時(shí)移出或使反應需要的熱量及時(shí)傳人。
(4)如果反應受傳質(zhì)速率的控制,通過(guò)攪拌的作用可以使傳質(zhì)速率達到合適的數值。
2攪拌的混合機理攪拌器之所以能起到液液、氣液、固液分散等攪拌效果,主要在于攪拌器的混合作用。
剪切作用。在這種剪切應力的作用下,靜止或低速運動(dòng)的液體也跟著(zhù)以很高的速度運動(dòng)起來(lái),從而帶動(dòng)所有液體在設備范圍內流動(dòng)。這種設備范圍內的循環(huán)流動(dòng)稱(chēng)為“宏觀(guān)流動(dòng)”。由此造成的設備范圍內的擴散混合作用稱(chēng)為“主體對流擴散”。在產(chǎn)生宏觀(guān)流動(dòng)的同時(shí),處于高速液流和靜止或低速液流界面的液體,由于受到強烈的剪切作用,被卷起而形成漩渦。這些高速旋轉的漩渦又對它周?chē)囊后w造成強烈的剪切作用,從而產(chǎn)生更多的漩渦。眾多的漩渦一方面把更多的液體挾帶到作宏觀(guān)流動(dòng)的主體液流中去,同時(shí)形成局部范圍內液體快速而紊亂的對流運動(dòng),即局部的湍流流動(dòng)。這種局部范圍內的漩渦運動(dòng)稱(chēng)為“微觀(guān)流動(dòng)”。由此造成的局部范圍內的擴散混合作用稱(chēng)為“渦流對流擴散”。
攪拌設備里不僅存在渦流對流擴散和主體對流擴散,還存在分子擴散,其強弱程度依次減小。實(shí)際的混合作用是上述三種擴散作用的綜合。但從混合的范圍和混合的均勻程度來(lái)看,三種擴散作用對實(shí)際混合過(guò)程的貢獻是不同的。主體對流擴散只能把物料破碎分裂成“微團”,并把這些微團在設備范圍內分布均勻。而通過(guò)微團之間的渦流對流擴散,可以把微團的尺寸降低到漩渦本身的大小。攪拌越劇烈,渦流運動(dòng)就越強烈,湍流程度就越大,分散程度就越高,即漩渦的尺寸越小。在通常的攪拌條件下,漩渦的尺寸為幾十微米。然而,這種的漩渦也比分子大得多。因此,主體對流擴散和渦流對流擴散都不能達到分子水平上的完全均勻混合。分子水平上的完全均勻混合只有通過(guò)分子擴散才能達到。我們把在設備范圍內呈微團均勻分布的混合過(guò)程稱(chēng)作“宏觀(guān)混合”,把達到分子規模分布均勻的混合稱(chēng)作“微觀(guān)混合”??梢?jiàn),主體對流擴散和渦流對流擴散只能進(jìn)行宏觀(guān)混合,只有分子擴散才能進(jìn)行微觀(guān)混合。但是,漩渦運動(dòng)不斷更新微團的表面,大大增加分子擴散的表面積,減小了分子擴散的距離。因此,提高了微觀(guān)混合速率。
不同的不銹鋼反應釜攪拌過(guò)程對宏觀(guān)混合和微觀(guān)混合的要求是不同的。對于某些化學(xué)反應過(guò)程要求達到微觀(guān)混合,否則就不可避免地發(fā)生反應物的局部濃集,其后果是對主反應不利,收率下降。對于液液分散或固液分散,不存在相間的分子擴散,只能達到宏觀(guān)混合,并依靠漩渦的湍流運動(dòng)減小微團的尺寸。而對于均相液體的混合,由于分子擴散速率很快,混合速率受宏觀(guān)混合控制,應設法提高宏觀(guān)混合速率。