微观混合

如果粒子之间发生混合又是分子尺度的混合

微观混合是指如果粒子之间发生混合又是分子尺度的，则这种混合称为微观混合。当反应器不存在离析的流体粒子时，微观混合达到最大，这种混合状态称方全微观混合或最大微观混合。这就说明了一种极端的混合状态，是不存在微观混合，即完全离析，这种流体称为宏观流体。

技术原理

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。

混合过程

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）。

反应效应

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。

理论研究

微观混合表征在双螺杆挤出机中的应用

在双螺杆反应挤出过程中微观混合程度是重要的操作参数。

一些特别设计的经典小分子竞争反应体系常用于表征微观混合,但其用于大分子反应的高黏物系时由于大小分子扩散不同容易引起偏差。

今建立了一种由苯乙烯-（3-异丙烯基-α,α′-二甲基苄基-异氰酸酯）共聚物（PSt-co-TMI）与9-（甲胺基-甲基）蒽（MAMA）为快反应、PSt-co-TMI与己内酰胺（ε-CL）为慢反应的大分子竞争反应体系,并应用于TSE-20可开启式自啮合双螺杆挤出机中微观混合状况的表征。考察了不同螺杆位置处产物的分离指数和转化率;研究了螺杆转速、喂料速率等对微观混合质量的影响。

结果表明：该大分子竞争体系可很好地用于双螺杆挤出机中高黏物系微观混合表征;微观混合在物料熔融后相当短的流程内即完成,微观混合质量在挤出过程稳定后保持不变;对于推进式元件,在相同的喂料速率下随着螺杆转速的增加微观混合质量下降;填充度是影响推进元件中微观混合质量的重要因素,在特定的实验条件随喂料量增大微观混合质量反而改善的原因在于填充度的提高有利于微观混合.

旋转填充床微观混合的沿程实验研究

微观混合的研究对于更好地认识和处理一些受其影响的快速反应过程(聚合、结晶等) 具有重要的指导意

义。通过设计一台能实现沿程取样的旋转填充床,同时通过采用一种平行竞争微观混合体系2碘化物2碘酸盐反应

体系,考察了填料的不同径向位置离集指数的分布及各操作参数对旋转填充床微观混合效率的影响。本文第一次

从实验上证实了旋转填充床填料的端效应区在强化微观混合方面的重要作用,系统的总结了各操作参数对微观混

合的影响。与其他反应器相比,旋转填充床具有更好的微观混合效率。

结论

(1) 通过沿程取样旋转填充床微观混合实验,首次从实验上验证了旋转填充床填料的端效应区在强化微观混合过程中的重要作用。为以后工业应用中对填料厚度进行优化提供了依据。

(2) 随着转速的提高,离集指数降低,表明提高转速能明显的改善旋转填充床的微观混合。

(3) 离集指数随流量的增加而略微降低,表明流量的增加在一定程度上改善了微观混合。

(4) 和其他反应器相比,旋转填充床具有更高的微观混合效率。

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