化学反应工程第五章ppt课件.ppt

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1、第5章非理想流动5.1概述PFR中，所有流体质点在反应器内的停留时间都相等，严格按照先进先出的规律循序而进，相邻两截面之间没有混合;CSTR中，刚进入的新鲜物料立即和釜内原有物料充分混合均匀，此种返混达到极大。实际连续流动反应器的流动状况介于两者之间，其反应的结果也介于两者之间。凡是偏离平推流和全混流的所有流动状态均称为非理想流动。几个概念返混：不同停留时间的流体质点间的混合停留时间（寿命）：从流体质点进入反应器开始到离开反应器时为止，质点在反应器中所经历的时间——相对反应器出口处而言的年龄：从流体质点进入反应器后到离

2、开反应器之前的某一时刻所经历的时间——指整个反应器内部而言5.2停留时间（寿命）分布函数在稳定的流动体系中，某个质点在反应器中的停留时间是一个0→∞之间的随机变量，但是大量质点的集体运动，其停留时间却有一个确定的分布。跟踪某个质点在反应器中的运动路径和计算其寿命或年龄没有实际意义，但了解大量质点的停留时间分布，求得其统计平均值对于预测反应器得实际转化率是有用的。5.2.1停留时间（寿命）分布密度函数E（t）如图5.2-1所示，t=0时瞬间进入的N个流体质点中，寿命介于t→t+dt之间的质点数dN所占总质点数N的分率dN

3、/N=E(t)dt，E(t)dt为一微分的分率，E(t)=dN/Ndt，其量纲为[时间]-1，称为停留时间（寿命）分布密度函数。或者说：在一流动达到定常态的容器的出口处收集到的N个流体质点中，寿命介于t到t+dt之间的质点数为dN个，所占的分率dN/N=E(t)dt，E(t)=dN/Ndt。停留时间（寿命）分布密度函数E（t）性质：1)E(t)≥0，是一个实数值，量纲为[时间]-12)E(t)dt=dN/N是一个无因次的百分率3)又称为E(t)函数的归一性，因为同时进入稳定流动容器的N个质点最终都会离开此容器，各个寿命

4、段所占分率的总和必为15.2-2寿命分布积累函数F(t)在一稳定流动体系中，t=0时同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间（寿命）介于0→t之间（或者寿命小于t）的质点数△N所占总数N个的分率△N/N=F（t），F(t)称为寿命分布积累函数，F(t)函数显然是0→t这段时间中各寿命段的分率总和，即：当t→∞时，t→0同时进入反应器的N个质点全部流出反应器，故有：停留时间分布积累函数F(t)有以下性质：t=0时，F(t)=0；t=∞时，F(t)=1，所以，0≤F(t)≤1，即，F(t)是一个单调不减函数；dF(t)/d

5、t=E(t)，F(t)为一无因次数E(t)函数和F(t)函数互为微分——积分关系5.2.3年龄分布密度函数I（t）在整个反应器中的N个流体质点中，年龄介于t→t+dt之间质点数dN所占分率为dN/N=I(t)dt，I(t)=dN/Ndt称为年龄分布密度函数。反应器内所有年龄段的粒子所占分率的总和应为1，故类似于E(t)函数有归一性且0≤I（t）≤∞。5.2.4年龄分布积累函数Y（t）年龄分布积累函数——在整个反应器中的N个流体质点中，年龄小于t(或介于0→t之间)的质点数△N所占的分率△N/N=Y（t）性质0≤Y（t）

6、≤1，为单调不减函数。Y（t）=5.3停留时间分布的实验测定干扰-响应技术脉冲示踪法阶跃示踪法5.3.1脉冲示踪法实验方法：在容器内流动达定常态后某时刻t=0，瞬间向容器进口处注入Q（g）示踪剂，并立即在容器出口处检测流出的示踪剂浓度C(t)，记录不同时间t时所对应的C(t)值，直到足够长时间后，C(t)降为0为止，获得C(t)~t对应的数据。取样可以连续跟踪进行，也可以隔一段时间取一次，前者是连续型，后者为离散型。注意：选择的示踪剂应该在流经容器过程中其质量守恒，不影响物料的流动状态，其浓度检测容易准确。脉冲示踪法的

7、数据处理：脉冲示踪试验需待容器内流体流动达到定常态后进行，流体流速υ不变，在t=0时刻加入Q克示踪剂，在t→t+dt时间间隔中在出口处收集到的示踪剂分率为E(t)dt，所以在t→dt时间间隔中流出容器的示踪剂量为：Q[E(t)dt]，作示踪剂的物料衡算，可得：υC(t)dt=QE(t)dt这两项均表示dt时间内流出示踪剂的量∴所以式中用于表示C(t)~t连续型数据在实验中，可以用水为流体，流经一容器，向其入口处注入KCL溶液，立刻在出口处测定流出液的电导值，在电导仪中转变成电信号，通过记录仪记录电导率随时间的变化曲线，

8、因为在低浓度时电导率与示踪剂KCL浓度成正比，而后者又与E(t)值成正比，故电导率曲线即相当于E(t)曲线，由此曲线也可求得F(t)曲线。相应地：若实验结果为离散型数据则应把积分式变为加和式t[例5.3-1]用脉冲示踪法测得一连续流动体系出口示踪剂浓度-时间对应值如下：求停留时间分布的E(t).F(t)函数。解：已知的C(t