停留时间分布及反应器的流动模型ppt课件

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1、《反应工程》第五章停留时间分布与反应器的流动模型主讲人：张扬1停留时间分布停留时间分布的实验测定停留时间分布的统计特征值理想反应器的停留时间分布非理想流动现象非理想流动模型非理想反应器的计算流动反应器中流体的混合本章内容21.基本概念闭式系统系统进口出口停留时间分布年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算起在系统中停留的时间。寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在系统内停留的时间。停留时间分布理论的应用对现有设备进行工况分析建立合适的流动模型，进行非理想反应器的计算停留时间分布3停留时间分布密度函数E(

2、t)E(t)=0t<0E(t)≥0t≥0归一化条件停留时间分布2.停留时间分布的定量描述4封闭系统，ρ＝常数停留时间分布函数F(t)停留时间分布2.停留时间分布的定量描述5脉冲法阶跃法－周期输入法升阶法降阶法停留时间分布的测定1.实验方法概述脉冲法：简单、示踪剂用量少，可直接测出停留时间分布密度函数；要求输入理想脉冲。阶跃法操作容易；示踪剂用量大，直接测出的是停留时间分布函数。62.脉冲法输入曲线响应（输出）曲线c0(t)停留时间分布的测定m为示踪剂的加入量7停留时间分布的测定3.升阶法主流体Q0Q系统检测器含示踪剂的流

3、体（C(∞)）c(∞)c0(t)tt=00输入曲线c(∞)c(t)t0响应曲线8停留时间分布的测定4.降阶法主流体QQ系统检测器含示踪剂的流体（C(0)）0c(0)c0(t)tt=0输入曲线0c(0)c(t)t响应曲线9停留时间分布的统计特征值1.平均停留时间2.方差脉冲法降阶法升阶法101.活塞流模型理想反应器的停留时间分布t=0tE(t)01.00112.全混流模型理想反应器的停留时间分布121.存在滞流区非理想流动现象2.存在沟流3.存在短路13层流反应器理想反应器的停留时间分布14非理想流动模型和非理想反应器的计算不是所有

4、的反应器都是理想状态，需要建立非理想流动模型1建模的要求：等效性（能够正确反映模拟对象的物理实质）；合理简化便于数学处理（模型参数不应超过两个）3建模的依据：反应器内停留时间分布2常用技巧：对理想模型进行修正，或将理想流动模型与滞流区、短路和沟流等作不同组合4常用的非理想流动模型：离析流模型多釜串联模型轴向扩散模型15非理想流动模型和非理想反应器的计算1.离析流模型（停留时间分布模型）离析流模型的特点每个流体微团之间不发生任何形式的物质交换，互不干扰。每个流体微团相当于一个小间歇反应器，其反应时间等于该流体微团在反应器内的停留时间，

5、其反应程度取决于该微团在反应器内的停留时间。反应器出口的总的转化率等于各流体微团对转化率的贡献。16非理想流动模型和非理想反应器的计算数学模型：适用条件：宏观流体注意t*为完全反应时间17非理想流动模型和非理想反应器的计算2.多釜串联模型cPcp-1c0cN基本假设：级内为全混流；级间无返混；各级存料量相同多个全混流反应器的性能介于单个全混流反应器、和活塞流反应器之间。因此，可以用N个反应釜串联来模拟一个实际反应器。18cPcp-1c0cN初始条件（升阶）：t=0,c0(0)=c0,cP(0)=0,P=1,2,…N非理想流动模型和

6、非理想反应器的计算数学模型：对示踪剂作物料衡算：19非理想流动模型和非理想反应器的计算数学模型：20非理想流动模型和非理想反应器的计算数学模型：很重要求N!21非理想流动模型和非理想反应器的计算图5.17图5.1822非理想流动模型和非理想反应器的计算测反应器的停留时间分布，求出平均停留时间和方差根据，求出模型参数N（N要圆整）逐釜计算求出最终转化率。用多釜串联模型进行反应器参数计算步骤例5.623非理想流动模型和非理想反应器的计算由于分子扩散，涡流扩散及流速分布不均匀等原因，造成系统的流动状况偏离理想流动时，可用轴向扩散模型

7、来模拟。在活塞流的基础上，叠加一个轴向逆向扩散项，且假定逆向扩散服从Fick定律，即3.轴向扩散模型其中Da为轴向扩散系数，数值大小与反应器结构、操作条件和流体性质有关。基本假定径向浓度分布均一轴向上，流体的流速和扩散系数均为恒定值24数学模型cdzLuc0uuu非理想流动模型和非理想反应器的计算+++=输入输出累积25非理想流动模型和非理想反应器的计算4.轴向扩散模型轴向扩散项，反映系统内返混程度的大小。Pe(Peclet)准数表示对流传递速率和扩散传递速率的相对大小26轴向扩散模型的停留时间分布密度函数图轴向扩散模型的E(q)

8、与F(q)27非理想流动模型和非理想反应器的计算用轴向扩散模型进行反应器参数计算步骤测反应器的停留时间分布，求出平均停留时间和方差根据，求出模型参数Pe（N要圆整）解反应模型计算求出最终转化率。（例5.7，5.8）28非理想流动模型和