反应工程专题:1.3反应器放大

引言:

实验室小试技术实现工业化生产,普遍存在所谓的“放大效应”,也就是物理因素的负面影响引起的结构严重偏差。因此,反应器放大是实现新技术转移和产业化不可逾越的关键步骤。

相似放大:

以模型装置的某些参数为基准进行比例放大。如:按照流体流动的雷诺数相同的放大过程属于相似放大。但大多数情况下,并不适用于反应器的放大,这是因为无法保证反应器内物理相似的同时满足化学相似

经验放大:

以小试、中试、工业装置不断增大反应器体积进行试验的方法模式。此外,为了研究流体流动特性,有时需要进行冷模试验。

优点:设计参数安全可靠,放大成功率高

缺点:耗费大量资源,开发周期长

模型放大:

在认知化学反应过程的本质规律基础上,先建立物理模型(抽提出主要影响因素,忽略次要因素),然后建立数学模型(将主要参数用等式联系起来,得到联立的方程组),以数学模型为基础进行反应器的设计计算)

优点:节省资源,缩短开发周期,可以通过改变条件和参数设置对反应器进行调优

缺点:放大倍数很大时,可靠性降低。因此,在工程实践中,常常采用经验放大和模型放大结合的方式,即可节省资源,又可以保证可靠性。

数学模型建立的方法

1)从“三传一反”四个方面关联反应速率、浓度、温度、时间等参数,得到一组联立方程

    a)质量传递

    b)热量传递

    c)动量传递

    d)反应过程

2)反应动力学方程是模型的核心,关联的是反应速率与温度和浓度的关系

3)物料衡算、热量衡算、动量衡算的通式表示:[输入量] - [输出量] - [反应量或消耗量] = [累积量]

4)这里的反应量或消耗量要与反应动力学方程进行关联

\color{red}{补充知识}

冷模试验:在没有化学反应的条件下,利用水、空气、沙子等方便的模拟物系进行的试验



朴宝英
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