第四节非理想流动.ppt

第四节 非理想流动,一 实际反应器对理想类型的偏离,二 返混对反应过程的影响,这个例子清楚的说明了在反应器内物料出现返混作用时对反应过程的影响。对于复合反应过程，由于返混引起浓度变化将直接影响选择性，对反应过程的影响时不可低估的。,三流体在反应器内的停留时间分布,度量返混程度最简单、有效的方法是确定物料在反应器内的停留时间分布，从而可定量确定返混程度。当反应器内存在返混时，所有物料粒子在反应器内的停留时间不同，呈现一种概率分布。为了简化停留时间分布，做以下简化：反应器处于定态操作；考察的是不可压缩流体，系统内若进行化学反应则反应混合物体积不变；,1.停留时间分布密度函数E(t),若进入反应器的有N份物料粒子，停留时间介于t t+dt间，出口流种只有dN份物料粒子，故在此时间间隔内物料粒子所占的分数为：,停留时间分布函数E(t)曲线阴影部分面积时停留时间介于t+dt之间的物料粒子的分数；幻灯片 8 归一化性质,2.停留时间分布函数,3.平均停留时间,各流体微元从反应器入口到反应器出口经历的平均时间；为便于对大小不同反应器进行比较，将分布函数和平均停留时间联系起来；,4 方差,离散度，是度量随机变量与数学期望的偏离程度。物料粒子各停留时间和平均停留时间的偏离程度，用方差表示；,5.停留时间分布的实验测定,实验目的：为了测定某一反应器中物料的停留时间分布规律；实验方法：示踪法 在反应器物料进口处给系统输入一个讯号，然后在反应器的物料出口处测定输出讯号的变化。根据输入讯号变化的规律来确定在反应器内的停留时间分布规律。输入讯号是把示踪剂加入到系统的方法产生的。示踪剂：（1）和原料互溶，但不发生化学反应；（2）示踪剂的加入对主流体的流动性态无影响；（3）尽量选用无毒、无腐蚀、价格低廉和来源广泛；在入口物料中输入示踪剂称为刺激；在出口处获得的示踪剂随时间变化的输出讯号为响应。,A 脉冲示踪法,在尽可能短的时间内把示踪剂注入到进口流中，或者将示踪物在瞬间代替原来不含示踪剂的进料，然后立刻恢复原来的进料。即给进料一个示踪物脉冲讯号；与之同时开始测定出口流的响应曲线，即出口流中示踪剂浓度随时间的变化关系。,B阶跃示踪法,原料中不含或含低浓度的示踪剂，从某一时间起，全部切换成示踪物（或提高示踪物浓度），使进料中示踪物的浓度有一个阶跃式突变。,四 理想反应器中的停留时间分布,1.理想置换反应器 分析：流体在反应器内作平推流，反应器内无物料的返混；测定方法1：脉冲示踪法，对入口处的脉冲函数，出口处获得的是推迟了的同样的脉冲信号，不改变输入信号的形状；测定方法2：阶跃示踪法；总结：E(t)和F(t)曲线的形状完全一样，只是响应曲线向后平移了一段距离。,2.理想混合反应器,分析：反应器有效容积为VR，流入反应器的流体体积流量为qV,浓度为c0,流体在反应器内被充分搅拌，其浓度各处均一且与出口浓度相等。测定方法：脉冲示踪法测定其停留时间分布规律；,五 停留时间分布曲线的应用,测定停留时间分布曲线的目的：实际应用。应用中并不是设法寻找一个复杂的模型去描述非理想流动，而是考虑如何避免非理想流动，在反应器的结构等方面加以改进，使之接近理想流动状态。,1.根据测定的停留时间分布曲线可以定性判断一个反应器内物料的流动状况,2.计算化学反应的转化率,非理想流动过程中返混导致反应物料粒子在反应器内的停留时间分布不同，从而将影响反应器内进行的化学反应（转化率和选择性），因此，考虑如何确定返混的影响至关重要。在设计和放大反应器时，力图降低“放大效应”的影响，使放大后的转化率尽量维持在模型的或小试的水平。为此，必须确保参加反应的物料在大小两种反应器中的停留时间分布相同，因而有必要把化学反应和停留时间分布联系起来，以达到预计反应结果的目的。,