微觀混合

微觀混合是指如果粒子之間發生混合又是分子尺度的，則這種混合稱為微觀混合。當反應器不存在離析的流體粒子時，微觀混合達到最大，這種混合狀態稱方全微觀混合或最大微觀混合。這就說明了一種極端的混合狀態，是不存在微觀混合，即完全離析，這種流體稱為巨觀流體。

基本介紹

• 中文名：微觀混合
• 人物：P.V.丹克沃茨
• 時間：1958年
• 國家：英國

技術原理

由微小尺度的湍流流動將流體破碎成微團，並借分子擴散使之達到分子尺度均勻的過程，為反應器傳遞過程之一。與之相對應的巨觀混合,則是由大尺度(如設備尺度)的流動,將流體微團帶至反應器各處的過程（對連續流動系統即為返混）。混合的均勻程度通常用調勻度（見混合程度）定量地表示。如兩互溶液體處於某種混合狀態：液體A的微團均布於液體B中，但A與B分子均未擴散；在大尺度（遠大於微團尺寸）上考察，混合液體的調勻度可達100%，即巨觀上已完全混合,但從最小尺度（分子尺度）上考察時,其調勻度為零,即微觀上完全離析。只有當液體A以分子形式均布於液體B中之時，才達到完全的微觀混合，調勻度才不致隨考察尺度的不同而異。

混合過程

微觀混合對表觀反應速率的影響，因反應級數而異：級數為1時無影響；級數大於1時使表觀速率降低；級數小於1時使表觀速率增高;完全離析相當於滴（泡）際無混合,完全微觀混合相當於滴（泡）際完全混合(見滴際混合)。微觀混合往往是飛速反應的速率控制因素,此時反應組分微觀混合的進程決定過程的表觀速率。在伴有串聯副反應時，微觀混合速率的不足，還會降低反應的選擇率。例如丁二烯氯化制二氯丁烯時，為提高反應的選擇率，丁二烯與氯氣應以高線速（>100m/s）噴射進入反應器，造成強烈的湍動以加速微觀混合。

實際混合過程中一般兼有巨觀混合和微觀混合。不同的混合裝置和操作條件所造成的流動狀態，對兩種混合的影響各有偏重。反應器的選型和設計，應充分考慮反應的特徵及其對混合的要求（見機械攪拌）。

反應效應

微觀混合對反應的效應，是英國學者P.V.丹克沃茨於1958年首先進行系統研究的。其後，人們進行了不少理論上的探討，但實驗研究和數據積累還較少見。近幾年來，這方面的研究重見活躍，並在發展新的測試方法、建立適用的數學模型以及運用流體力學有關理論等方面均有所進展。

理論研究

微觀混合表征在雙螺桿擠出機中的套用

在雙螺桿反應擠出過程中微觀混合程度是重要的操作參數。

一些特別設計的經典小分子競爭反應體系常用於表征微觀混合,但其用於大分子反應的高黏物系時由於大小分子擴散不同容易引起偏差。

今建立了一種由苯乙烯-（3-異丙烯基-α,α′-二甲基苄基-異氰酸酯）共聚物（PSt-co-TMI）與9-（甲胺基-甲基）蒽（MAMA）為快反應、PSt-co-TMI與己內醯胺（ε-CL）為慢反應的大分子競爭反應體系,並套用於TSE-20可開啟式自嚙合雙螺桿擠出機中微觀混合狀況的表征。考察了不同螺桿位置處產物的分離指數和轉化率;研究了螺桿轉速、餵料速率等對微觀混合質量的影響。

結果表明：該大分子競爭體系可很好地用於雙螺桿擠出機中高黏物系微觀混合表征;微觀混合在物料熔融後相當短的流程內即完成,微觀混合質量在擠出過程穩定後保持不變;對於推進式元件,在相同的餵料速率下隨著螺桿轉速的增加微觀混合質量下降;填充度是影響推進元件中微觀混合質量的重要因素,在特定的實驗條件隨餵料量增大微觀混合質量反而改善的原因在於填充度的提高有利於微觀混合.

旋轉填充床微觀混合的沿程實驗研究

微觀混合的研究對於更好地認識和處理一些受其影響的快速反應過程(聚合、結晶等) 具有重要的指導意

義。通過設計一台能實現沿程取樣的旋轉填充床,同時通過採用一種平行競爭微觀混合體系2碘化物2碘酸鹽反應

體系,考察了填料的不同徑向位置離集指數的分布及各操作參數對旋轉填充床微觀混合效率的影響。本文第一次

從實驗上證實了旋轉填充床填料的端效應區在強化微觀混合方面的重要作用,系統的總結了各操作參數對微觀混

合的影響。與其他反應器相比,旋轉填充床具有更好的微觀混合效率。

結論

(1) 通過沿程取樣旋轉填充床微觀混合實驗,首次從實驗上驗證了旋轉填充床填料的端效應區在強化微觀混合過程中的重要作用。為以後工業套用中對填料厚度進行最佳化提供了依據。

(2) 隨著轉速的提高,離集指數降低,表明提高轉速能明顯的改善旋轉填充床的微觀混合。

(3) 離集指數隨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觀混合。

(4) 和其他反應器相比,旋轉填充床具有更高的微觀混合效率。