聚合反应工程(华东理工大学)4.1化学反应工程基础（3）

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1、1．阶跃示踪法待测定系统稳定后，将原来反应器中流动的流休切换为另一种含有示踪剂的流体。一直保侍到实验结束，并保诗切换而后流体流量不变。开始时，出口流体中有示踪剂流体的分率很小，随着时间的推延，有示踪剂流体在出口流体中的分率不断增加，当t→∞时，分率趋于1。阶跃讯号响应曲线连续流动反应器的停留时间分布测定出口处的示踪剂的变化情况，由于：即：——出口流体中示踪剂的分率阶跃示踪法对测定试验装置的停留时间分布是可行的，但对测定工业反应器的停留时间分布是会受到限止的。通过阶跃法停留时间分布测定，可以直接确定流动体系的累积停留时间分布函数F（

2、t）。连续流动反应器的停留时间分布连续流动反应器的停留时间分布（2）脉冲示踪法使物料以稳定的流量V通过体积为VR的反应器，然后在某个瞬间t=0时，用极短的时间间隔Δt0向物料中注入浓度为C0的示踪剂，并保持混合物的流量仍为V，同时在出口处测定示踪剂浓度C随时间t的变化。2．脉冲示踪法待测定系统稳定后，自系统入口处于瞬间注入少量示踪物Q，示踪物的加入不会引起原来流体流动型态的改变，故示踪物在系统内的流动型态都能代表整个系统的流动型态。脉冲讯号的响应曲线自系统入口处于瞬间注入少量示踪物Q，此时t=0，同时开始测定出口流体中示踪物的含量

3、C（t），t→∞，C（t）→0。连续流动反应器的停留时间分布若流体的体积流量为v0在停留时间t到t+dt内出口流体中示踪物的分率为C(t)v0dt/Q；在停留时间为t到t+dt间的流体的分率为E（t）dt。故：通过测定示踪剂，以对τ作图即可得停留时间分布密度函数曲线。因为：(dN/N)物料=(dN/N)示踪剂脉冲示踪法要求进料瞬间完成，技术要求较高，可在生产中在线测定。连续流动反应器的停留时间分布由于停留时间分布密度函数E（t）对单个流体微元来讲，就是随机变量——停留时间的概率密度函数，因此也可用这些函数的特征值作为随机变量的比较

4、基准来进行定量比铰，而无需对分布曲线本身进行比较。随机变量的特征值中最重要的有二个：数学期望——随机变量的分布中心；方差——随机变量对中心的离散程度。停留时间分布的数字特征连续流动反应器的停留时间分布1．数学期望平均停留时间就是数学期望，其定义为：平均停留时间τ为随机变量停留时间的分布中心。在几何图形上是E（t）曲线下的这块面积（其值为1）的重心在横轴上的投影。连续流动反应器的停留时间分布数学期望（平均停留时间）的其他表达形式：座标旋转900连续流动反应器的停留时间分布实验测定的E（t）函数为某一时间间隔的数据，故：若取样为等时间

5、间隔，则上式成为：一般不能正好等于1。但对工业反应器来说，由于过程的复杂性不易精确地确定V。一般情况下：连续流动反应器的停留时间分布2．方差描述停留时间分布的离散程度。方差的定义为：的单位为（时间2）连续流动反应器的停留时间分布实验测定的E（t）函数为某一时间间隔的数据，故：若以无因次时间作为自变量，则此时方差为无因次方差。连续流动反应器的停留时间分布的大小表示停留时间离散程度的大小。越小越接近平推流，越大流动形态越接近于理想混合流。不同的E（t）曲线连续流动反应器的停留时间分布故有：平推流全混流非理想流动对PFR：，。对1-CS

6、TR：将代入。连续流动反应器的停留时间分布4.1.4流动模型一定的返混必然会造成确定的停留时间分布；而同一停留对间分布可由不同情况的返混与之相适应，因此，不能把测得的停留时间分布直接用来描述返混程度，而要借助于模型的方法。流动模型：流动模型是为了研究反应器内流体的实际流动型态，在不改变其性质的前提下，对其加以适当理想化，这种适当理想化的流动型态称为流动模型，所以流动模型是反应器中流体流动型态的近似概括，是设计和放大反应器的基础。流动模型理想流动模型非理想流动模型（平推流模型、理想混合流模型）（多级理想混合模型、扩散模型等）理想流动

7、模型1．平推流模型平推流模型的E（t）和F（t）曲线的形状如图所示：平推流模型的E（t）和F（t）曲线流动模型t≠τE（t）＝0t＝τE（t）＝∞t＜τF（t）＝0t≥τF（t）＝1表示按平推流流动时，系统不存在返混。对于管径小，流速大的管式反应器可以用平推流模型来进行相关处理。无因次方差：由于平推流不存在停留时间分布，下的面积为1，故当：方差为：流动模型2．理想混合流模型理想混合流示众试验示意图在t=0时，示踪物这是出口流体中的浓度为C0；在t=t时，示踪物这是出口流体中的浓度为C；在t+dt时出口流体中示踪物浓度的变化为dC

8、；对dt时间内示踪物作物料衡算：C0v0dt=Cv0dt+VdC用阶跃法对其测定停留时间分布。整理后成为：积分之得：流动模型方差为：无因次方差：当：t＝0F（t）＝0t＝∞F（t）＝1流动模型理想混合流的E（t）和F（t）曲线图t=0时，F（t）＝