在装置内向某一方向流动的流体受到某种影响(如挡板或搅拌器的作用)后,其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象。这种混合会影响装置内流体浓度的分布和停留时间分布,进而影响到装置的功效,故对许多均相和多相的分离过程和反应过程来说,返混问题至关重要。通常应该示踪剂进行研究,并用涡流分散系统或佩里克数表示返混程度的大小。
返混,又称逆向
混合,是一种混合现象。狭义地理解,它指连续过程中与主流方向相反的运动所造成的物料混合。这种混合的存在,影响了沿主流方向上的浓度分布和温度分布,使浓度趋向于出口浓度。对于传质过程,这样的浓度变化使浓度推动力减小,从而减小了传递速度。对于反应过程,这样的浓度变化使反应物浓度降低,产物浓度增加,从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加,反应选择性下降。在描述返混的模型中有两个极限的模型,即全混流模型和活塞流模型。实际返混情况与活塞流偏差不大时常采用扩散模型,与全混流有偏差时常用多级全混流模型。在化工放大过程中,应充分考虑返混程度可能引起的变化。但是,返混并不总是有害因素,例如产物具有催化作用时,平行副反应级数高于主反应时,返混在一定程度上是有利的。返混使物料在设备内的停留时间的不均匀,造成停留时间的分布。不均匀流动同样会造成停留时间的分布。因此,有些研究者认为,广义地理解,返混广义地泛指不同时间进入系统的物料之间的
混合,包括物料逆流动方向的流动,例如:环流和由湍流和
分子扩散所造成的轴向混合,及由不均匀的
速度分布所造成的短路、停滞区或“
死区”、
沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。
返混是流动系统的内在流动特征,一般不易直接测定。返混的研究通常是先简化,然后假设流动模式(流动
宏观形态的简化物理模式),以
流动模型表示返混与物料
停留时间分布的
定量关系,并根据物料的停留时间分布来检验模型和估计模型参数。一定的返混流动模式会表现出确定的停留时间分布,但同样的停留时间分布却可能由不同的返混流动模式造成。所以从
停留时间分布不能确切推测流动模式。
反应器中的流动,通常很复杂,常可简化为若干种基本的流动模式。其中
理想流动模式有二:一是返混量为零的流动,即平推流(或
活塞流,或理想排挤);另一是返混量为无穷大的流动,即
全混流(或理想
混合)。
非理想流动模式的返混量介于零与
无穷大之间。
返混使系统中的温度分布或浓度分布趋于平坦。因此,凡是要求较大温度差或浓度差的场合,返混是不利因素。对各种反应来说,返混的利弊各不相同:①在正
级数反应中,返混会降低
反应器中反应物的浓度,必然会降低表观的
反应速率。例如对于一级反应,在要求出口转化率为90%时,平推流
反应器中的表观速率约为全混流反应器的2.3倍。②在有串联
副反应的反应中,返混降低反应物的浓度、同时提高产物浓度,必然降低表观的
选择率。③在有平行
副反应的反应中,如果主
反应级数高于副反应的级数,则返混使表观
选择率下降。④对负
级数反应、
自催化反应以及其他需要均匀温度或浓度的反应(如可以利用反应放热来加热反应原料的反应),返混是有利因素。
凡是有
降液管的
塔板上,液体物料横过塔板与上升气体呈T字形
错流状态。物料中易挥发组分的浓度将沿着流动的方向逐渐下降。但如果因液体流动情况、流道长度、以及停留时间、塔板的水平度和水力梯度等原因,会使上升的气体在工作面上使液体形成
涡流状态,即浓度高低不一的液体搅混在一起,从而破坏了已经形成的液体沿正常流动方向的浓度变化,这种现象就是返混现象,在塔内时有发生,导致分离效果降低。