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流动模型

[拼音]:liudong moxing

[外文]:flow model

描述连续流动系统中的宏观运动状况的物理模型,此模型可用数学方程式表达,用以确定返混与停留时间分布之间的定量关系。在化学反应工程的初创阶段,反应器的流动模型曾是十分活跃的研究领域,为描述反应器中复杂的流动状况,出现了多达几十种流动模型。后来,流动模型的研究成果在填充塔、板式塔等传质设备操作状况的分析研究中得到应用。将反应器的流动模型与传质、传热、反应动力学模型联立求解,可模拟反应器的行为。常用的流动模型有:

平推流模型

又称活塞流模型或理想排挤模型,是一种返混量为零的理想化流动模型(图1)。其特点是反应器径向具有严格均匀的流速和流体性状(压力、温度和物性等),轴向不存在任何形式的混合。实际反应器的流动状况,只能程度不同地趋近这种流动状况。长径比大的管式反应器常可用平推流模型近似处理。平推流反应器中,物料的停留时间严格相等,反应速率只随轴向位置变化。故可列出微元物料衡算和热量衡算公式,并沿轴向积分进行计算。

全混流模型

又称理想混合模型。一种返混量为无穷大的理想化流动模型(图2)。其特点是物料进入反应器的瞬间即与反应器内原有的物料完全混合,反应器内物料的组成和温度处处相等,且等于反应器出口处物料的组成和温度。全混流反应器中,物料可能在进入反应器的瞬间即离开反应器,也可能长时间停留,因而有很宽的物料停留时间分布。搅拌良好且流体粘度不大时,连续搅拌釜式反应器的流动状况十分接近全混流模型。

分散模型

一种适合于描述返混程度较小的非理想流动的流动模型(图3)。它仿照分子扩散的概念,在平推流流动上叠加一轴向分散过程,以表示反应器流动方向上的返混。这种模型的参数为分散系数De,是仿照分子扩散系数定义、用来反映返混程度大小的参数。如果De为零,模型即为平推流模型;De为无穷大,即为全混流模型。分散系数由反应器结构、流动状况、物料性质等因素决定,其数值可通过测定反应器的停留时间分布估计。长径比较小的管式反应器、固定床反应器、塔式反应器中的流动常可用分散模型近似处理。与平推流模型、全混流模型相比,分散模型的求解比较复杂。

多级全混流模型

一种适合于描述返混程度较大的非理想流动的流动模型(图4)。它把反应器中的返混,看成与n个等容积的全混流反应器串联时,所具有的返混程度等效。n是模型参数,n的数值也可通过停留时间分布的实验测定求取。如果n为1,即为全混流模型;n为无穷大,即为平推流模型。多级串联的连续搅拌釜式反应器以及浅床层的固定床反应器,常采用多级全混流模型近似处理。

多级全混、级际有限返混模型

把反应器中的返混看作与n个等容积的全混流反应器串联,但相邻两级间有一定返混时所具有的返混程度相同(图5)。此模型为两参数模型,模型参数为级数和级际返混量。

管流模型

把反应器中的流动状况看成有一定速度分布的管流(图6),可考虑也可不考虑分子扩散。

组合模型

反应器中的流动状况被看成若干种简化流动模式,如平推流、全混流、停滞区(死区)、短路、沟流、环流(见返混)的组合,并用相应的数学方程进行描述,图7列举了几种组合模型。

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文章名称:《流动模型》
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