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微观混合

由微小尺度的湍流流动将流体破碎成微团,并借分子扩散使之达到分子尺度均匀的过程,为反应器传递过程之一。与之相对应的宏观混合,则是由大尺度(如设备尺度)的流动,将流体微团带至反应器各处的过程(对连续流动系统即为返混)。混合的均匀程度通常用调匀度(见混合程度)定量地表示。如两互溶液体处于某种混合状态:液体A的微团均布于液体B中,但A与B分子均未扩散;在大尺度(远大于微团尺寸)上考察,混合液体的调匀度可达100%,即宏观上已完全混合,但从最小尺度(分子尺度)上考察时,其调匀度为零,即微观上完全离析。只有当液体A以分子形式均布于液体B中之时,才达到完全的微观混合,调匀度才不致随考察尺度的不同而异。

微观混合对表观反应速率的影响,因反应级数而异:级数为1时无影响;级数大于1时使表观速率降低;级数小于1时使表观速率增高;完全离析相当于滴(泡)际无混合,完全微观混合相当于滴(泡)际完全混合(见滴际混合)。微观混合往往是飞速反应的速率控制因素,此时反应组分微观混合的进程决定过程的表观速率。在伴有串联副反应时,微观混合速率的不足,还会降低反应的选择率。例如丁二烯氯化制二氯丁烯时,为提高反应的选择率,丁二烯与氯气应以高线速(>100m/s)喷射进入反应器,造成强烈的湍动以加速微观混合。

实际混合过程中一般兼有宏观混合和微观混合。不同的混合装置和操作条件所造成的流动状态,对两种混合的影响各有偏重。反应器的选型和设计,应充分考虑反应的特征及其对混合的要求(见机械搅拌)。

微观混合对反应的效应,是英国学者P.V.丹克沃茨于1958年首先进行系统研究的。其后,人们进行了不少理论上的探讨,但实验研究和数据积累还较少见。近几年来,这方面的研究重见活跃,并在发展新的测试方法、建立适用的数学模型以及运用流体力学有关理论等方面均有所进展。