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流动模式

[拼音]:liudong moshi

[外文]:flow pattern

装置内由流体质点的运动轨迹和混合特性所决定的流体流动状况。有理想流动模式和非理想流动模式两类。

理想流动模式

分为两种:

(1)平推式流动 又称柱塞式流动。流体质点在运动方向上同速前进,各流体质点均具有相同的停留时间,不发生混合,就同柱状塞在汽缸内的平推运动一样(图1a)。

(2)全混式流动 流体在容器内完全混合,容器内各处组成均一。因此物料一进入容器内立即被混合均匀,且容器内的组成与流出物料的组成相同(图1b)。

根据物料衡算,可得基本设计式如下:

平推流

全混流

式中Vr为平推流反应器的容积;V为全混釜内物料的容积;v为物料的体积流量;CA0和CA分别为所研究反应组分A在进料和出料中的摩尔分子浓度;rA为组分A的反应速率,如对简单n级反应,rA=kC。由于全混流装置中物料浓度等于最终的出料浓度,故若与相同出料浓度的平推流装置相比,对一切n>0的情况,其反应速度均较后者慢,且n愈大,相差也愈大。故对同样的生产能力,其所需装置的容积亦愈大。

理想流动的流动模式明确,有解析解,便于放大设计,且与许多实际装置内的流动模式近似,如细长管内和固体颗粒填充床内的流体流动近于平推式流动,有强烈搅拌的釜式反应器内的流动近于全混式流动。因此,这种模式在设计中常加以应用。

非理想流动模式

偏离上述两种理想流动模式的统称非理想流动模式(图2)。

这种流动的主要特点是:

(1)存在短路和死区,造成有的流体长期停滞,有的则瞬即离去;

(2)由于分子扩散或形成涡流而产生轴向返混;

(3)由于摩擦阻力等原因造成在流动方向上的流速分布不匀;

(4)由于流路截面上的阻力不同而产生沟流(或偏流)。因此导致流体质点在容器内停留时间不同(即存在停留时间分布问题),从而影响化学反应的最终结果。

流动模式主要靠示踪实验检定,并在测得其停留时间分布后加以确定。

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