化学反应工程第五章.ppt

《化学反应工程第五章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、停留时间分布与反应器的流动模型第五章天津大学化工学院反应工程教学组15.1.1停留时间分布(RTD)概述实际反应器常偏离理想流动。受多种因素的影响，流体在反应器内停留的时间有长有短，形成停留时间分布；反应进行的完全程度(或接近平衡的程度)与物料在反应器内的停留时间长短有关；流动状况可通过停留时间分布定量表征，流动模型基于停留时间分布；停留时间分别有年龄分布与寿命分布；停留时间分布研究对象是反应器内的流体粒子或微团;停留时间分布理论具有广泛的实际应用。5.1停留时间分布(ResidenceTimeDistribution）25.1.2

2、.停留时间分布的定量描述Nt个t1234567891011121305101520QNi/min如何在不影响主体流动的情况下测定RTD？定常流动闭式系统t=03t/min0.00.10.24停留时间分布密度函数E(t)停留时间分布密度函数E(t)性质tt+dtE(t)5封闭系统，ρ＝常数停留时间分布函数F(t)6脉冲法阶跃法升阶法降阶法示踪响应法5.2停留时间分布的实验测定周期输入法75.2.1脉冲法输入曲线响应曲线示踪剂加入方法输出曲线的测定方法(t)t=0tc0(t)tc(t)系统主流体QInjectionDetection主

3、流体+示踪剂8示踪剂加入总量系统出口检测的示踪剂量t→t+dt示踪剂分布脉冲法与停留时间分布密度函数9例5.1:脉冲法停留时间分布的计算流化床催化裂化装置中的再生器，其作用系用空气燃烧硅铝催化剂上的积炭使之再生。进入再生器的空气流量为0.84kmol/s。现用氦气作失踪剂，采用脉冲法测定气体在再生器中的停留时间分布，氦的注入量为8.84×10-3kmol。测得再生器出口气体中氦的浓度c（用氦与其他气体的摩尔比表示）和是的关系如下：试求t=35s时的停留时间分布密度和停留时间分布函数。57.773.511620228637814300

4、y×10651.846.941.830.725.320.615.19.60t/s105.486.9811.019.227.235.913.600E(t)×103/s-157.773.511620228637814300y×10651.846.941.830.725.320.615.19.60t/s解11阶跃法Q系统不含示踪剂流体Q检测器含示踪剂流体Q含示踪剂流体不含示踪剂流体降阶法升阶法响应曲线12输入曲线响应曲线c(∞)c(t)t00c(∞)c0(t)tt=0t-dt→t升阶法停留时间小于t的示踪剂量示踪剂输入量(5.17)130

5、c(0)c0(t)tt=0输入曲线0c(0)c(t)t响应曲线t→t+dt脉冲法与阶跃法比较？降阶法停留时间大于t的示踪剂量示踪剂输入量1-F(t)(5.19)14示踪剂选择基本原则示踪剂应易于和主流体溶或混为一体，除了显著区别于主流体的某一性质以便于检测外，两者应尽可能相同的物理性质；示踪剂低浓度时即可方便检测；示踪剂的浓度最好与检测信号具有较宽的线形范围；示踪剂应不与主流体发生反应，用于多相系统的示踪剂应不发生相间转移。155.3停留时间分布的统计特征值1.平均停留时间162.方差17例5.2:用（1）脉冲法、（2）升阶法、（3

6、）降阶法分别测得一流动系统的响应曲线c(t),试推导平均停留时间和方差与c(t)的关系。脉冲法升阶法降阶法升阶法响应曲线c(∞)c(t)t0T18例5.3:用脉冲法测得一流动反应器的停留时间分布，得到出口流中示踪剂的浓度c(t)与时间的关系如下,试求平均停留时间和方差。00.20.611.525897410c/(g/min)242220181614121086420t/min数值积分方法梯形公式辛普生公式复化梯形公式复化辛普生公式191.活塞流模型5.4理想反应器的停留时间分布1.0F(t)tt=0tE(t)(t)202.全混流模

7、型21P139,例5.4反应器全混流的检验（自学）。全混流与活塞流比较返混程度(宏观混合)最小最大流型活塞流全混流225.5非理想流动现象1.滞流固定床与搅拌釜反应器停留时间分布q1E(q)0.00.40.81.21.62.0012E(q)q固定床搅拌釜232.沟流3.短路24层流反应器停留时间分布4.径向速率不均匀层流流速径向分布5.3725环行连续硝化反应器5.循环流tE(t)6.扩散分子扩散涡流扩散265.6非理想流动模型5.6.1.离析流模型cA(t),XA(t)5.385.39微观混合cA0tt→t+dtE(t)dt27离

8、析流模型(宏观流体)cA(t)E(t)XA(t)E(t)t28例5.5液相二级反应(k=2.4×10-3m3/mol/min)，Q0=0.5m3/min，cA0=1.6kmol/m3。该反应器停留时间分布同例5.3。试计算反应器出口A