停留时间分布与反应器流动模型.ppt

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1、停留时间分布与反应器的流动模型第五章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.停留时间分布的定量描述Nt个t12345678910111213051015

2、20QNi/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

3、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。57.773.511620228637814300y×10651.846.941.830.725.320.615.19.60t/s105.486.9811.019.227.235.913.600E(t)×103/s-157.

4、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)130c(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

5、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）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。

6、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

7、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转化率。(1)离析流模型；(2