理想流动
非理想流动
理想流动反应器的分类和应用
反应器内流体的流动特征 主要指反应器内反应流体的流动状
态、混合状态等，它们随反应器的几何结构和几何尺寸而异。
反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布，而且还存在流
速分布。这样的分布容易造成反应器内反应物处于不同的温度和浓
度下进行反应，出现不同停留时间的微团之间的混合，即 返混 。
这些流动特征影响反应速率和反应选择率，直接影响
反应结果。所以,研究反应器中的流体流动模型是反应器选
型、计算和优化的基础。流动模型是对反应器中流体流动与
返混状态的描述。
一般将流动模型分为两大类型，即 理想流动模型和非理想
流动模型 。非理想流动模型是关于实际工业反应器中流体流
动状况对理想流动偏离的描述。
? 理想置换流动模型
? 含义：理想臵换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。
与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向完全相同，
即物料是齐头并肩向前运动的。
? 特点
在定态情况下，所有分子的停留时间相同，浓度等参数只
沿管长发生变化，与时间无关。 所有物料质点在反应器中
都具有相同的停留时间。
? 反应器内浓度变化
? 长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流
动可视为理想臵换流动。
? 理想混合流动模型
?含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。反应物料以稳
定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中
的物料瞬间达到完全混合。 反应器内物料质点返混程度为无穷
大。
?特点：所有空间位臵物料的各种参数完全均匀一致，而且出
口处物料性质与反应器内完全相同。
? 反应器内浓度变化
? 搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流动可视为
理想混合流动。
? 非理想流动
理想流动模型是二种极端状况下的流体流动，而实际的工
业反应器中的反应物料流动模型往往介于两者之间。 对于所有
偏离理想臵换和理想混合的流动模式统称为非理想流动。
?实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因
?滞留区的存在
?存在沟流与短路
?循环流
?流体流速分布不均匀
?扩散
上述是造成非理想流动的几种常见原因，对一个流
动系统可能全部存在，也可能是其中的几种，甚至有
其它的原因。
? 返混及其对反应过程的影响
? 返混含义：专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，
是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。
? 间歇反应器中不存在返混
? 理想臵换反应器不存在返混
? 理想混合反应器返混达到极限状态
? 非理想流动反应器存在不同程度的返混
?返混对反应过程的影响
? 返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区的消
失或减低。
? 返混改变了反应器内的浓度分布，使器内反应物的浓度下
降，反应产物的浓度上升。但是，这种浓度分布的改变对反
应的利弊取决于反应过程的浓度效应。
? 返混是连续反应器中的一个重要工程因素，任何过程在连
续化时，必须充分考虑这个因素的影响，否则不但不能强化
生产，反而有可能导致生产能力的下降或反应选择率的降低。
? 降低返混程度的措施
? 返混对反应器的意义
? 对反应过程产生不同程度的影响
在返混对反应不利的情况下，要使反应过程由间歇操作转
为连续操作时，应当考虑返混可能造成的危害。选择反应器的
型式时，应尽量避免选用可能造成返混的反应器，特别应当注
意有些反应器内的返混程度会随其几何尺寸的变化而显著增强。
? 在工程放大中产生的问题
由于 放大后的反应器中流动状况的改变，导致了返混程度
的变化,给反应器的放大计算带来很大的困难。因此，在分析
各种类型反应器的特征及选用反应器时都必须把反应器的返混
状况作为一项重要特征加以考虑。
? 降低返混程度的措施
降低返混程度的主要措施是 分割，通常有横向分割和纵向分
割两种，其中重要的是横向分割。
? 连续操作的搅拌釜式反应器
为减少返混，工业上常采用 多釜串联 的操作。当串联釜
数足够多时，连续多釜串联的操作性能就很接近理想臵
换反应器的性能。 (横向纵向？ )
? 流化床
由于气泡运动造成气相和固相都存在严重的返混。为了
限制返混，对高径比较大的，常在其内部装臵 横向挡板
以减少返混；而对高径比较小的流化床反应器，则可设
臵 垂直管 作为内部构件（横向纵向？）
?气液鼓泡反应器
由于气泡搅动所造成的液体反向流动，形成很大的液相循环
流量。因此，其液相流动十分接近于理想混合。
① 放臵填料
② 设臵多孔多层横向挡板，把床层分成若干级
③ 设臵垂直管
? 理想流动反应器的分类和应用
? 分类
? 理想混合流反应器
? 理想平推流反应器
? 应用
实际生产中，连续操作釜式反应器可以近似看作是理
想混合流，连续操作管式反应器可以近似看作是理想平
推流。
? 理想流动模型分为两种类型，即 ________和 _________
? 返混专指 ________进入反应器的物料之间的混合
? 说明下列反应器中的返混情况,
? 间歇反应器中返混为 _____,理想臵换反应器返混为 _______
? 理想混合反应器返混为 ____,非理想流动反应器返混为 _____
? 返混带来的最大影响是 _____________________________
? 返混对反应来说是有害的，必须采取各种措施进行抑制。
? 降低返混程度的主要措施是 ______，通常有 ________和 ________两
种，其中重要的是 __________。
? 连续搅拌釜式反应器为减少返混，工业上常采用 ________的操作
? 练 习
非理想流动
理想流动反应器的分类和应用
反应器内流体的流动特征 主要指反应器内反应流体的流动状
态、混合状态等，它们随反应器的几何结构和几何尺寸而异。
反应流体在反应器内不仅存在浓度和温度的分布，而且还存在流
速分布。这样的分布容易造成反应器内反应物处于不同的温度和浓
度下进行反应，出现不同停留时间的微团之间的混合，即 返混 。
这些流动特征影响反应速率和反应选择率，直接影响
反应结果。所以,研究反应器中的流体流动模型是反应器选
型、计算和优化的基础。流动模型是对反应器中流体流动与
返混状态的描述。
一般将流动模型分为两大类型，即 理想流动模型和非理想
流动模型 。非理想流动模型是关于实际工业反应器中流体流
动状况对理想流动偏离的描述。
? 理想置换流动模型
? 含义：理想臵换流动模型也称作平推流模型或活塞流模型。
与流动方向相垂直的同一截面上各点流速、流向完全相同，
即物料是齐头并肩向前运动的。
? 特点
在定态情况下，所有分子的停留时间相同，浓度等参数只
沿管长发生变化，与时间无关。 所有物料质点在反应器中
都具有相同的停留时间。
? 反应器内浓度变化
? 长径比较大和流速较高的连续操作管式反应器中的流体流
动可视为理想臵换流动。
? 理想混合流动模型
?含义：理想混合流动模型也称为全混流模型。反应物料以稳
定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中
的物料瞬间达到完全混合。 反应器内物料质点返混程度为无穷
大。
?特点：所有空间位臵物料的各种参数完全均匀一致，而且出
口处物料性质与反应器内完全相同。
? 反应器内浓度变化
? 搅拌十分强烈的连续操作搅拌釜式反应器中的流体流动可视为
理想混合流动。
? 非理想流动
理想流动模型是二种极端状况下的流体流动，而实际的工
业反应器中的反应物料流动模型往往介于两者之间。 对于所有
偏离理想臵换和理想混合的流动模式统称为非理想流动。
?实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因
?滞留区的存在
?存在沟流与短路
?循环流
?流体流速分布不均匀
?扩散
上述是造成非理想流动的几种常见原因，对一个流
动系统可能全部存在，也可能是其中的几种，甚至有
其它的原因。
? 返混及其对反应过程的影响
? 返混含义：专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，
是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。
? 间歇反应器中不存在返混
? 理想臵换反应器不存在返混
? 理想混合反应器返混达到极限状态
? 非理想流动反应器存在不同程度的返混
?返混对反应过程的影响
? 返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区的消
失或减低。
? 返混改变了反应器内的浓度分布，使器内反应物的浓度下
降，反应产物的浓度上升。但是，这种浓度分布的改变对反
应的利弊取决于反应过程的浓度效应。
? 返混是连续反应器中的一个重要工程因素，任何过程在连
续化时，必须充分考虑这个因素的影响，否则不但不能强化
生产，反而有可能导致生产能力的下降或反应选择率的降低。
? 降低返混程度的措施
? 返混对反应器的意义
? 对反应过程产生不同程度的影响
在返混对反应不利的情况下，要使反应过程由间歇操作转
为连续操作时，应当考虑返混可能造成的危害。选择反应器的
型式时，应尽量避免选用可能造成返混的反应器，特别应当注
意有些反应器内的返混程度会随其几何尺寸的变化而显著增强。
? 在工程放大中产生的问题
由于 放大后的反应器中流动状况的改变，导致了返混程度
的变化,给反应器的放大计算带来很大的困难。因此，在分析
各种类型反应器的特征及选用反应器时都必须把反应器的返混
状况作为一项重要特征加以考虑。
? 降低返混程度的措施
降低返混程度的主要措施是 分割，通常有横向分割和纵向分
割两种，其中重要的是横向分割。
? 连续操作的搅拌釜式反应器
为减少返混，工业上常采用 多釜串联 的操作。当串联釜
数足够多时，连续多釜串联的操作性能就很接近理想臵
换反应器的性能。 (横向纵向？ )
? 流化床
由于气泡运动造成气相和固相都存在严重的返混。为了
限制返混，对高径比较大的，常在其内部装臵 横向挡板
以减少返混；而对高径比较小的流化床反应器，则可设
臵 垂直管 作为内部构件（横向纵向？）
?气液鼓泡反应器
由于气泡搅动所造成的液体反向流动，形成很大的液相循环
流量。因此，其液相流动十分接近于理想混合。
① 放臵填料
② 设臵多孔多层横向挡板，把床层分成若干级
③ 设臵垂直管
? 理想流动反应器的分类和应用
? 分类
? 理想混合流反应器
? 理想平推流反应器
? 应用
实际生产中，连续操作釜式反应器可以近似看作是理
想混合流，连续操作管式反应器可以近似看作是理想平
推流。
? 理想流动模型分为两种类型，即 ________和 _________
? 返混专指 ________进入反应器的物料之间的混合
? 说明下列反应器中的返混情况,
? 间歇反应器中返混为 _____,理想臵换反应器返混为 _______
? 理想混合反应器返混为 ____,非理想流动反应器返混为 _____
? 返混带来的最大影响是 _____________________________
? 返混对反应来说是有害的，必须采取各种措施进行抑制。
? 降低返混程度的主要措施是 ______，通常有 ________和 ________两
种，其中重要的是 __________。
? 连续搅拌釜式反应器为减少返混，工业上常采用 ________的操作
? 练 习
