化学反应工程-第四章-反应器中的混合对反应的影响ppt课件.ppt

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1、第四章反应器中的混合及对反应的影响第一节连续反应器中物料混合状态分析第二节停留时间分布第三节非理想流动模型第四节非理想流动反应器的计算第四章反应器中的混合对反应的影响1、按混合对象的年龄分（1）同龄混合：相同年龄物料之间的混合BSTR，PFR（2）返混：不同年龄物料之间的混合CSTR，MCSTR在实际工业反应器内，两者并存！第一节连续反应器中物料混合状态分析？径向混合均匀一、混合现象的分类2、按混合尺度的大小来分（1）宏观混合：设备尺度上的混合设备空间内的分散程度（2）微观混合：物料微团尺度上的混合物料粒子内的均匀程度——分子扩

2、散宏观空间物料粒子（流体质点）一、混合现象的分类3、实际工业反应器内物料粒子的混合特点（1）既存在混合也存在返混；（2）无轨迹可循；（4）只具统计规律（3）停留时间各不相同；——可通过实验测定，得到统计结果。一、混合现象的分类二、连续反应过程的考察方法1、以反应器为对象的考察方法如CSTR，因搅拌均匀。不能跟踪到物料的变换情况。2、以单个分子为对象的考察方法只存在两种状态——反应物或产物（反应物）（产物）不存在选择率问题3、以物料微团为对象的考察方法包含的分子数足以具有统计性质与单个分子相比是一个很大的分子集团与宏观颗粒相比是一个

3、微不足道的粒子使浓度、转化率、反应速率、选择率等参量具有统计平均意义如微团内反应速率可表达为：二、连续反应过程的考察方法在实际工业反应器中由于物料在反应器内的流速不均匀，或者由于反应器内部构件的影响，造成和主体流动方向相反的环流（例如搅拌引起物料的环流、沟流和死区。这些工程因素，都会导致物料的流动状况偏离理想的平推流。同时进入反应器的物料由于以上所讲的“工程因素”不可能同时离开反应器。同一时刻离开反应器的物料中，在反应器内经历的停留时间有长有短，称为停留时间分布。第二节　停留时间分布一、停留时间分布的定义停留时间——物料质点从反应

4、器入口算起，在反应器内所经历的时间。寿命——物料质点从反应器进口开始算起到从出口流出为止，在反应器内所经历的停留时间。定义：同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于t与t+dt间的质点所占的分数dN/N为。1.停留时间分布密度停留时间分布密度具有归一化性质。即停留时间趋于无限长时，所有不同停留时间质点分率之和为1。停留时间t01.0为停留时间介于t~t+dt之间的质点分率。定义：流过反应器的物料中停留时间小于t的质点(或停留时间介于0~t之间的质点)的分数。性质如下2.停留时间分布函数停留时间t01.0E(t)曲线在任一t时的

5、值就是F(t)曲线上对应点的斜率。由定义可得CSTR试验100颗100颗短时间内1次性投入在不同时间间隔内检出流出的粒子数直到全部流出为止t=0t=t+Δt例如：试验数据记录表：t→t+Δt(min)0~22~33~44~55~66~77~8出口中红色粒子数026121822178~99~1010~1111~1212~14126410根据区段内粒子数计算停留时间分布密度定义式：计算t→t+Δt(min)0~22~33~44~55~66~77~8出口中红色粒子数02612182217E(t)00.020.060.120.180.22

6、0.128~99~1010~1111~1212~141264100.120.060.040.010数据处理及结果：注意:E(t)值与停留时间的单位有关。以t为横坐标，区段内粒子数分率平均值为纵坐标作图每一个长方形的面积为各长方形的面积之和为计算停留时间分布函数值定义式：计算先将区段内的实验数据整理成累积值t→t+△t（分）0345678出口中红色粒子数02820386077F(t)00.020.080.200.380.600.779101112148995991001000.890.950.991.001.00注意:F(t)值与停

7、留时间单位无关。渐近线S形曲线二、停留时间分布的实验测定0、测定技术用一定的方法将示踪剂加到反应器进口，然后在反应器出口物料中检验示踪剂信号，以获得示踪剂在反应器中停留时间分布的实验数据。选择示踪剂的原则1、不与主流体反应；2、物理性质相近；3、有别于主流体的可测性；4、多相检测不发生相转移；5、易于转变为光、电信号。1.阶跃法三通红墨水桶清水桶接水桶实验现象（1）切换后接水桶颜色变成淡红色（2）随着时间的延长接水桶颜色不断加深（3）最后接水桶和红墨水桶颜色一致阶跃法实验装置VRVC=C0C=0示踪剂浓度V切换前记录仪C(t)切换

8、前的信号切换后的信号三通阀切换后45°V含示踪剂物料阶跃法进出口信号特征曲线在切换时做到：出口示踪剂最大浓度：C(t)=C(∞)=C0短与快，不留痕迹输入信息应答信息1、当时间t=0时，出口C(t)=0的含义是什么？思考题：2、当时间t=t时，出口