化学反应工程陈甘棠第四章

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1、10/5/2021第四章非理想流动第一节停留时间分布1停留时间分布的定量描述2停留时间分布的实验方法3寿命与年龄分布的关系10/5/2021第一节停留时间分布停留时间：流体从进入系统时算起，到其离开系统时为止，在系统内总共经历的时间，即流体从系统的进口至出口所耗费的时间。寿命分布：指流体粒子从进入系统到离开系统的停留时间。年龄分布：指流体粒子进入系统在系统中停留的时间。10/5/2021区别：寿命分布指的是系统出口处的流体粒子的停留时间，年龄分布是对系统中的流体粒子而言的停留时间。实际测定得到的且应用价值又较大的是寿命分布。通常所说的停留时间分布指的

2、是寿命分布。10/5/20211停留时间分布的定量描述1）停留时间分布函数出口中红色粒子数t10/5/202110/5/2021:停留时间分布密度函数，或寿命分布密度函数。时：时：且停留时间分布函数:停留时间小于t的流体粒子所占的分数可改写成：10/5/2021可以用年龄分布密度函数和年龄分布函数来描述流体在反应器内的停留时间分布。10/5/2021Ⅰ）平均停留时间平均停留时间应是曲线的分布中心，即在所围的面积的重心在t坐标上的投影曲线２）停留时间分布函数的特征值在数学上称t为曲线对于坐标原点的一次矩，又称的数学期望。10/5/2021Ⅱ）方差表示停

3、留时间分布的分散程度的量，在数学上是指对于平均停留时间的二次矩。10/5/2021令：无因次时间:则：无因次平均停留时间10/5/2021若以表示以为自变量的方差，则它与的关系为：10/5/20212停留时间分布的实验方法1)脉冲示踪法主流体t=0示踪剂10/5/2021响应曲线10/5/2021设示踪剂加入量为m（根据A的物料衡算）10/5/2021为了验证实验数据的可靠性，必须根据三个已知量m,和进行一致性检验，即由实验所获得的数据或数据应满足：（空时）是否与相等，若不相等，则须检查原因。10/5/2021由脉冲法测定某反应器的响应曲线结果如下：

4、例：t(min)00.511.522.533.544.555.566.5702522272622191510743310计算时的和解：10/5/202110/5/2021流体示踪剂系统检测示踪剂入口出口2)阶跃示踪法升阶跃Ac10/5/2021入口出口降阶跃10/5/2021如果t时刻出口物料中A的浓度为对于降阶法：在图中应满足：对于升阶跃10/5/2021或：应用上式进行一致性检验10/5/20213寿命与年龄分布的关系设在定常流动系统中，对于恒容过程，在0~t时间内对示踪剂A进行物料衡算：输入（0~t内流入系统中A的量）输出（0～t内由系统流出A

5、的量）留在系统中的量10/5/2021有时采用强度函数表示两者的关系:表示容器中年龄为t的粒子在t到系统的粒子所占的分率。时间内离开10/5/2021第二节理想流动及层流的停留时间分布1平推流2全混流模型3流体在圆管内作层流流动时的停留时间分布10/5/2021第二节理想流动及层流的停留时间分布1平推流10/5/2021即：性质：10/5/2021数字特征为：表明所有的流体粒子在反应器内的停留时间相同。方差越小，说明分布越集中，分布曲线就越窄，停留时间分布方差等于零这一特征说明系统内不存在返混。10/5/20212全混流模型10/5/2021单位时间

6、内反应器内示踪剂做物料衡算得：输入输出积累10/5/2021即：积分：10/5/2021对恒容：10/5/2021数字特征：10/5/2021可见：返混程度达到最大时，停留时间分布的无因次方差平推流时方差实际反应器停留时间分布的方差应介于0～1之间，值越大则停留时间分布越分散，因此，由模型模拟实际反应器时应从方差入手。10/5/2021设两个反应器进行的反应相同，且平均停留时间相等。对于平推流反应器，所有流体粒子的停留时间相等，且都等于平均停留时间。对于全混流反应器，停留时间小于平均停留时间的流体粒子占全部流体的分率为：使停留时间分布集中，可以提高反

7、应器的生产强度。10/5/20213流体在圆管内作层流流动时的停留时间分布当流体在管内作层流流动时，管内流速随距管轴心的速度分布为：平均流速：在管出口的流体质点在管内的停留时间t10/5/2021平均停留时间：管轴心上的流体粒子的停留时间最小，为时，，只有在物料中才会有A，根据时，管的流出当的定义有：10/5/202110/5/2021两个阴影面积相等10/5/202110/5/2021第三节非理想流动模型1离析流（离集流）模型2多级全混流串联模型3几种常见的单参数模型4组合模型10/5/2021第三节非理想流动模型建立流动模型的方法是：通过冷态模型

8、实验测定装置的停留时间分布。2.根据所得的和流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出的模型中的参数