第五章 停留时间分布与反应器的流动模型.ppt

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1、第五章停留时间分布与反应器的流动模型1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2重点掌握：停留时间分布的实验测定方法和数据处理。理想反应器停留时间分布的数学表达式。返混的概念。非理想流动模型（离析流模型、多釜串联模型和扩散模型）的模型假定与数学模型建立的基本思路，模型参数的确定。利用扩散模型和多釜串联模型的反应器计算。深入理解：停留时间分布的概念和数学描述方法。停留时间分布的数字特征和物理意义。广泛了解：流动反应器中的微观混合与宏观混合及其对反应器性能的影响31.基本概念闭式系统

2、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4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5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6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

3、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。72.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8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9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(0)）0c(0)c0(t)tt=0输入曲线0c(0)c(t)t响应曲线1011脉冲法的特点由实验数据直接求得E(t)示踪剂用量少        示踪剂瞬间加入困难阶跃法的特点由实验数据直接求得F(t)

4、示踪过程易于实现        示踪剂量大        由F(t)求E(t)涉及求导的数值计算11停留时间分布的测定一般采用示踪技术，示踪剂选用易检测其浓度的物质，根据其光学、电学、化学及放射等特性，采用比色、电导、放射检测等测定浓度。选择示踪剂要求：1)与主流体物性相近，互溶，且与主流体不发生化学反应；2)高低浓度均易检测，以减少示踪剂的用量；3)示踪剂的加入不影响主流体的流动形态；4)示踪剂应选择无毒、不燃、无腐蚀且价格较低的物质。停留时间分布的实验测定12不同流型的停留时间分布规律可用随机函数的数字特征来表述，如“数学期望”和“方差”。1、数学期望(平均值)数据均值相同，但

5、分散度可能不同2、方差(分散度)停留时间分布的统计特征值13停留时间分布的统计特征值其物理意义：为E(t)曲线的分布中心，即E（t）~t曲线所围面积的重心在t坐标轴上的投影面积重心⑴数学期望(平均停留时间)定义：因次：时间14方差反映停留时间分布的离散程度，停留时间分布就越宽，停留时间分布越集中因次：[时间]2物理意义：方差用来表示随机变量的分散程度，是描述停留时间分布的重要参量。在数学上它表示E(t)曲线对于平均停留时间的二次矩：⑵方差15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16空时τ和平均停留时间的关系对于恒容稳定流动系统:17理想反应器的流动模式--

6、--平推流和全混流间歇釜全混釜u=const平推流返混：不同停留时间的流体粒子之间的混合。理想的平推流和间歇釜停留时间均一，无返混。全混釜反应器的返混最大，出口物料停留时间分布与釜内物料的停留时间分布相同。理想反应器的停留时间分布18活塞流模型：（平推流模型）1.基本假设：①径向流速分布均匀；②径向混合均匀；③轴向上，流体微元间不存在返混；2.特点：所有流体微元的停留时间相同，同一时刻进入反应器的流体微元必定在另一时刻同时离开。经历相同的温度、浓度变化历程活塞流反应器不改变输入信号的形状，只将其信号平移一个位置理想反应器的停留时间分布191.活塞流模型理想反应器的停留时间分布t=0tE

7、(t)01.00返混为020全混流模型假定：新鲜物料进入反应器后，与反应器内原有物料能在瞬间达到完全的混合。特征：反应器内任何地方，流体的性质都是均匀一致的，并且与出口流体的性质相同。返混最大：流体粒子的停留时间参差不齐理想反应器的停留时间分布21示踪剂加入量流出量累积量dt时间内Q0c0dtQ0cdtVrdc停留时间分布特征：示踪响应阶跃示踪阶跃示踪测定：Vrc0cQ0Q0物料衡算：输入量＝输出量＋累积量即Q0c0dt=Q0cdt+Vrdc全