反應工程專題:1.3反應器放大

引言:

實驗室小試技術實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),普遍存在所謂的“放大效應”,也就是物理因素的負面影響引起的結構嚴重偏差。因此,反應器放大是實現(xiàn)新技術轉移和產(chǎn)業(yè)化不可逾越的關鍵步驟。

相似放大:

以模型裝置的某些參數(shù)為基準進行比例放大。如:按照流體流動的雷諾數(shù)相同的放大過程屬于相似放大。但大多數(shù)情況下,并不適用于反應器的放大,這是因為無法保證反應器內物理相似的同時滿足化學相似

經(jīng)驗放大:

以小試、中試、工業(yè)裝置不斷增大反應器體積進行試驗的方法模式。此外,為了研究流體流動特性,有時需要進行冷模試驗。

優(yōu)點:設計參數(shù)安全可靠,放大成功率高

缺點:耗費大量資源,開發(fā)周期長

模型放大:

在認知化學反應過程的本質規(guī)律基礎上,先建立物理模型(抽提出主要影響因素,忽略次要因素),然后建立數(shù)學模型(將主要參數(shù)用等式聯(lián)系起來,得到聯(lián)立的方程組),以數(shù)學模型為基礎進行反應器的設計計算)

優(yōu)點:節(jié)省資源,縮短開發(fā)周期,可以通過改變條件和參數(shù)設置對反應器進行調優(yōu)

缺點:放大倍數(shù)很大時,可靠性降低。因此,在工程實踐中,常常采用經(jīng)驗放大和模型放大結合的方式,即可節(jié)省資源,又可以保證可靠性。

數(shù)學模型建立的方法

1)從“三傳一反”四個方面關聯(lián)反應速率、濃度、溫度、時間等參數(shù),得到一組聯(lián)立方程

? ? a)質量傳遞

? ? b)熱量傳遞

? ? c)動量傳遞

? ? d)反應過程

2)反應動力學方程是模型的核心,關聯(lián)的是反應速率與溫度和濃度的關系

3)物料衡算、熱量衡算、動量衡算的通式表示:[輸入量] -?[輸出量] -?[反應量或消耗量] = [累積量]

4)這里的反應量或消耗量要與反應動力學方程進行關聯(lián)

\color{red}{補充知識}

冷模試驗:在沒有化學反應的條件下,利用水、空氣、沙子等方便的模擬物系進行的試驗



樸寶英
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