反应工程课件第五章-1.ppt

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1、停留时间分布与反应器的流动模型反应工程第五章本章内容停留时间分布停留时间分布的实验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非理想流动模型和非理想反应器的计算连续釜式反应器与管式反应器不同，原因？连续釜式反应器：反应区内浓度均一管式反应器：活塞流间歇反应器：停留时间相等流体粒子或微团，体积？统计平均性质流体的流速分布不均，分子扩散、湍流扩散，死角、沟流和短路，形成一停留时间分布。1.基本概念闭式系统（不返回）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

2、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停留时间分布密度函数E(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系统进口出口停留时间小于t的流体粒子的贡献，时间小于t的流体粒子所占的分数，为一无量纲量100个红球封闭系统，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F（t）与E（t）的关系F（t）停留时间小于t1-

3、F（t），时间大于t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。2.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体（C(∞)）c(∞)c0(t)tt=00输入曲线c(∞)c(t)t0响应曲线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(

4、0)）0c(0)c0(t)tt=0输入曲线0c(0)c(t)t响应曲线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1.活塞流模型理想反应器的停留时间分布t=0tE(t)01.002.全混流模型理想反应器的停留时间分布存在滞留区（流体流动极慢、甚至不流动)非理想流动现象全混反应器存在沟流非理想反应器的停留时间分布存在短路非理想反应器的停留时间分布层流反应器非理想反应器的停留时间分布18非理想流动模型用来描述介于两种理想状况之间的流型，并通过对流型的描述，预计在非理想流动状态下的反应结果。将流型与化

5、学反应联系起来，预计反应体积、处理量、转化率等之间的关系。非理想流动模型和非理想反应器的计算1.概述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）建模的依据：反应器内停留时间分布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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流体以流体团的方式流过反应器，且彼此之间不发生混合；每个流体团相当于一个小反应器；由于返混的作用，每个流体团在反应器内的停留时间不同，达到的转化率

6、因而不同，在反应器出口处的宏观转化率，就是各不同停留时间的流体团达到的转化率的平均值。2.离析流模型实际反应器与B.R.的关联：每个流体团都作为一个间歇反应器，它的反应时间由停留时间分布决定。而流体团在停留时间内达到的转化率由反应动力学决定。最后，将二者结合起来，在出口处加权平均，得到最终转化率模型实质：相当于若干间歇反应器的并联，将非理想流动对反应的影响明显化了。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3.多釜串联模型cPcp-1c0cN非理想流动模型和非理想反应器的计算基本假设：级内为全

7、混流；级间无返混；各级存料量相同基础物理模型：CSTR基本假定：反应器是由若干大小相等的全混流反应器串联而成；各全混流反应器之间不存在返混，输送管道内不发生化学反应；定常态操作。模型实质：以停留时间分布为纽带，通过若干个串联CSTR反应器的行为分析逼近非理想反应器。29多级串联混合槽模型计算：V0,c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci,3.多釜串联模型cPcp-1c0cN初始条件（升阶）：t=0,c0(0)=1,cP(0)=0,P=1,2,…N非理想流动模型和非理想反应器的计算数学模型：对示踪

8、剂作物料衡算：非理想流动模型和非理想反应器的计算3.多釜串联模型数学模型：非理想流动模型和非理想反应器的计算3.多釜串联模型数学模型：若为一级不可逆反应，则注意！为单釜空时非理想流动模型和非理想反应器的计算3.多釜串联模型小结：用多釜串联模型进行反应器计算步骤测反应器的停留时间分布，求出根据，求