已有幾種嘗試,企圖從某一給定的逗留時(shí)間分布來解釋反應(yīng)器所能得到的收率限度。對(duì)一級(jí)反應(yīng),其限度收斂到可以計(jì)算得的收率。對(duì)其他反應(yīng)就不是如此。對(duì)給定逗留時(shí)間分布的反應(yīng)器,其所得到的產(chǎn)量取決于反應(yīng)物料在流經(jīng)反應(yīng)器時(shí),表示這種逗留時(shí)間分布的那種混和是在何處得到的。這個(gè)問題可用“離析”(Segregation)以及“最小混和度”和“最大混和度”的概念來討論。
假如反應(yīng)級(jí)數(shù)高于一級(jí),并且只包含一個(gè)反應(yīng)物,則在過程中混和應(yīng)該發(fā)生得盡可能的遲(最小混和度)。例題(5.12)中的情況1十分接近于這種狀況;而情況不是相反的最大混和度的狀況,并且產(chǎn)品的收率最低。這種差別也許很小以致難以估算。
假如反應(yīng)發(fā)生在二個(gè)或更多的不同反應(yīng)物之間,顯然反應(yīng)物必須在某個(gè)階段互相混和,否則反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生。如果在進(jìn)口前或就在進(jìn)口處徹底混和,并且如果反應(yīng)物按化學(xué)計(jì)量關(guān)系的比例,那么,問題就和前述的情況沒有多大差別。然而,如果物料的混和并不完全或者反應(yīng)物不按化學(xué)計(jì)量關(guān)系的比例,則反應(yīng)器中的混和效應(yīng)就很難計(jì)算。
以分子尺度的混和程度和以稍大些尺度混和的程度完全不同。湍流混和產(chǎn)生旋渦,在旋渦中流體層被混雜或被拉長。如果流體層變得足夠薄,分子擴(kuò)散很快就拉平了濃度。由于氣相系統(tǒng)的擴(kuò)散系數(shù)比液相系統(tǒng)高得多,因此以分子規(guī)?;旌蜁r(shí),混和不完全所造成的影響,對(duì)液相系統(tǒng)可能要比對(duì)氣相系統(tǒng)更多地加以注意。
然而,如果反應(yīng)物在進(jìn)反應(yīng)器的入口處被充分混和,并且逗留時(shí)間分布為已知,將可得到反應(yīng)器性能的估算,雖然這估算通常略微偏高,但其計(jì)算結(jié)果仍可能和所求的頗為接近。
例題
用上篇文章的例題4的逗留時(shí)間分布和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),在最小混和情況下,計(jì)算留下來未被分解的反應(yīng)物分率。
〔答案:0.96%,十分接近例題情況1的1%〕