变温过程均相反应器与非理想流动

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1、第四章变温过程均相反应器4.1概述4.2通用图解设计4.3最佳温度控制4.4热量衡算通式4.5间歇釜式反应器的计算4.6平推流反应器4.7全混流反应器CSTR的热稳定性分析热量衡算通式4.5间歇釜式反应器的计算绝热操作，为常数，当①②③4.6平推流反应器①②方程组的求解：四阶Runge-Kutta法绝热操作，恒分子流时式中，称作绝热温升。对于吸热反应，称作绝热温降。4.7全混流反应器CSTR的热稳定性分析4.7.1热量衡算方程时间基准：取1h空间基准：取反应器有效体积V忽略,CP变化原料带入热量+反应放出的热量=产物带走的热量+散

2、热量4.7.2CSTR的热稳定性1.放热反应①不可逆反应放热速率移热速率：Qr~T为一条直线；多重定常态：稳定定常态：不稳定定常态：②可逆反应Qg~T出现最大值。2、吸热反应不存在热稳定性问题。4.7.3定常态热稳定性的判据定态稳定操作点的必要条件：不稳定操作的充分条件：第五章非理想流动（NonidealFlow）5.1概述5.2停留时间分布的分布函数5.3停留时间分布的实验测定5.4两种理想流动模式的停留时间分布5.5非理想流动的流动模型5.1概述理想流动——平推流与全混流平推流：所有流体质点（微元）具有相同的停留时间分布全混流：

3、各流体微元在反应器中停留时间各不相同，即具有停留时间分布（ResidenceTimeDistibution，简称为RTD）。研究停留时间分布对反应器的设计和强化的重要意义：反应深度与反应物料在反应器中停留时间长短有关。非理想流动：所有偏离平推流和全混流的流动模式。原因有：流体在反应器中的流速分布不均（层流与湍流），流体的分子扩散及对流扩散，搅拌造成的强制对流，设备设计、安装不良造成的短路、死区、沟流等。操作方式连续操作间歇操作流动模式理想流动非理想流动封闭式PFRCSTR各流体元停留时间相同不相同不相同相同5.2停留时间分布的分布函

4、数闭式反应器系统：假定流体微元一旦进入系统就再也不能返回输入流体的管道中，而由输出管道流出的微元也再不能返回到反应系统，即反应系统进口处的流体微元只进不出而出口处的只出不进。对于大多数反应器其进出口的管道相对于设备的直径来说要小得多，这时进出管口处的流体微元呈平推流，符合闭式容器的假设。5.2-1停留时间分布函数1.停留时间分布密度函数E(t)寿命分布密度函数E(t)E(t)定义：当流体以稳定的流速进入设备而不发生化学反应时，在时间t=0时于瞬间dt进入设备的流体微元中，具有停留时间为t到（t+dt）之间的流体微元dN占当初流入量N

5、的分率为E(t)dt。因次为：[时间-1]归一化性质：2.停留时间分布函数F(t)寿命分布函数当流体以稳定的流速进入设备而不发生化学反应时，在时间0~t之间进入设备的流体微元中，具有停留时间为0到t之间的流体微元流出量占流入量的分率。F(t)意义是停留时间小于t的流体微元所占分率，是一无因次量。典型的F(t)曲线：F(t)1.0tF(0)=0，F(∞)=11-F(t)为停留时间大于t的流体质点所占的分率。3.年龄分布密度函数I(t)对设备内流体微元而言。当流体以稳定的流速进入设备而不发生化学反应时，在时间t=0时于瞬间dt进入设备的

6、流体微元中，具有停留时间为t到（t+dt）之间的流体微元在设备的存留量dN‘占设备内物流量的分率为I(t)dt。4.年龄分布函数Y(t)当流体以稳定的流速进入设备而不发生化学反应时，在时间0~t进入设备的流体微元中，具有停留时间为0~t之间的流体微元在设备的存留量⊿N占设备内物流量的分率为Y(t)。5.2-2停留时间分布函数的特征值1.平均停留时间平均停留时间的意义：E(t)曲线的分布中心，或说E(t)~t曲线所围面积的重心在时间轴上的投影。在数学上称为E(t)曲线对原点的一次矩。也是F(t)曲线上方与F()=1横线所围面积，也是

7、这块面积的平均宽度。2.方差：停留时间分布的离散程度。数学上用对平均停留时间的二阶中心矩表示。3.对比时间闭式容器：以对比时间表示的停留时间分布函数具有以下特征：①闭式容器：②③④⑤闭式容器：5.3停留时间分布的实验测定物理示踪法：采用一种易观测的无化学反应活性的物质按一定的输入方式加入稳定的流动系统，同时在出口处观测该示踪物质浓度随时间的变化情况以确定系统物料的停留时间分布。示踪剂的选择原则：（1）与主流体不发生化学反应，且易于与主流体溶于一体，不影响主流体的流动状况。（2）易于检测（3）不发生相转移（4）易于转变为光电信号，便于

8、实时分析。5.3-1脉冲示踪法加入示踪剂量：Q(g)V0L/minCA(t)g/LV0输入信号（激励）输出信号（响应）CA(t)t离散型数据：等时间间隔，……等时间间隔，例：用脉冲示踪法测定反应器中物料的停留时间分布。F(t)、E(t