無論在實驗室或生產(chǎn)條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),都可以分為間隙式與連續(xù)式(還可以有介于其間的半間歇式)兩大類。所謂間歇式反應(yīng);反應(yīng)體系的物料放置在固定容器中,隨著時間的推移反應(yīng)不斷進(jìn)展,各組分濃度隨時間不斷變化。一般說來,對于某一反應(yīng)瞬間時刻來說,反應(yīng)體系中不同空間點各組元濃度是相同或近乎相同的。而對于連續(xù)式反應(yīng)來說,反應(yīng)體系的物料不斷通過反應(yīng)區(qū),隨著物料在反應(yīng)區(qū)空間的推移反應(yīng)不斷進(jìn)展,各組元濃度隨著反應(yīng)區(qū)的不同空間點坐標(biāo)而逐漸變化。一般說來,對于某一固定空間點,往往盡量保持其各組元濃度恒定不依時變化。這是由于在生產(chǎn)條件下,保持空間點的定常狀態(tài)便于控制,在實驗室條件下,保持空間點的定常狀態(tài)便于分折處理數(shù)據(jù)。近年來,尤其是由于計算技術(shù)的發(fā)展,空間點處于非定常狀態(tài)的研究工作也有所發(fā)展。
對于間歇式反應(yīng),其反應(yīng)時間的含義十分明確,但對于連續(xù)式反應(yīng),什么是反應(yīng)時間其意義就不很清楚。通常用所謂的接觸時間τ來表征反應(yīng)時間。接觸時間的定義為反應(yīng)區(qū)體積VR與體積流速V0之比,即:
τ=VR/V0 (28.1)
接觸時間雖然也具有時間的因次,但用它來表示反應(yīng)時間只有形式的或平均的意義。因為當(dāng)反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)器后,有的很快就從出口流出,其反應(yīng)時間很短(比τ小得多)。而有的很長時間也未流出。其反應(yīng)時間很長(比τ大得多)。即反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)停留進(jìn)行反應(yīng)的時間很不相同,對于不同的反應(yīng)體系,當(dāng)VR與V0都相同時,反應(yīng)分子在反應(yīng)器中停留的平均時間(接觸時間τ)相同,但對于指定的停留時間間隔(t至t+dt)內(nèi)分子數(shù)目是不同的。而稱為其停留時間分布(residence time distribution)是不同的。也就是說對于不同的反應(yīng)器,由于流體通過的流動型式不同,其停留時間分布也不相同。
至于不同反應(yīng)器之所以具有不同的停留時間分布,其內(nèi)在原因是由于返混情況的不同,而所謂返混乃指進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中逗留了不同時間的同一組元之間的混合。故停留時間分布可以反映出返混的情況,作為定量的描述,常引用兩種相關(guān)的不同函數(shù)來描述。其一為微分停留時間分布函數(shù)E(t)。它指示不考慮反應(yīng)的條件下,系統(tǒng)中停留時間為t至t+dt之間的物料在出口流體中所占的分?jǐn)?shù)為E(t)dt。由歸一化條件,對各種可能的停留時間值來說,總的物料分?jǐn)?shù)為一,即:

描述返混的另一個函數(shù)是積分停留時間分布函數(shù)F(t),它們表示不考慮反應(yīng)的條件下,反應(yīng)系統(tǒng)中停留時間小于t(即由0至t)的物料在出口流中所占的分?jǐn)?shù)。顯然這兩種停留時間分布函數(shù)并不是獨立的。其相關(guān)關(guān)系可以表示為:
在不同返混條件下流體的流動對應(yīng)于不同流型的反應(yīng)器。有兩種理想極端情況的流動反應(yīng)器,其一是無返混的情況,在如此反應(yīng)器中每個物料分子停留的時間都一樣,先進(jìn)先出,后進(jìn)后出。例如,管長比管徑大得多的填充床反應(yīng)器中,流體運動的線速度比擴散速度大得多的條件下,可以近似地認(rèn)為屬于這種情況。這類反應(yīng)器稱為活塞流或擠出流反應(yīng)器,另一理想極端情況是充分返混(簡稱為全返混)的情況。物料以穩(wěn)定流速流入反應(yīng)器后,立即與容器中原有物料完全均勻混合。分子有先進(jìn)先出的,也有后進(jìn)先出或先進(jìn)后出的。各種分子在反應(yīng)器中停留的時間相差極大。例如,在高效攪拌下液相反應(yīng)釜中進(jìn)行的反應(yīng),當(dāng)液體流過反應(yīng)器比較緩慢的條件下,可以近似地認(rèn)為屬于這種情況。氣相充分返混情況下的反應(yīng)器最近也有發(fā)展。這類反應(yīng)器可稱為全返混的反應(yīng)器。一般真實反應(yīng)器都介于以上兩種極端情況之間,其返混情況可以有很大的不同。例如:空筒反應(yīng)器(空塔),無檔板流化床是具有強返混的反應(yīng)器,而一般的填充床(固定床)與有檔板的流化床是弱返混的反應(yīng)器。
停留時間分布函數(shù)的研究是十分重要的,對于一個已知其動力學(xué)行為的化學(xué)反應(yīng)只有了解了反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)以后,才可能予測該反應(yīng)在該反應(yīng)器中的動力學(xué)表現(xiàn),但除一級反應(yīng)外,在停留時間分布相同的反應(yīng)器中,同一反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率并不一定相同,這還與流體在反應(yīng)器內(nèi)混合的詳情有關(guān)。如流體中所有分子均以分子狀態(tài)均勻分散稱為微流體(microfluid),而如流體全部以凝集(segregafion)成小集團(tuán)形式活動稱為宏流體(macro-fluid),大多數(shù)體系為微流體,高分子高粘度液體可近似視為宏流體,也有一些流體性質(zhì)居于這兩者之間。