反应工程第五章-王富民.ppt

停留时间分布与反应器的流动模型,反 应 工 程第五章,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,1.基本概念,闭式系统,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,停留时间分布密度函数E(t),E(t)=0 t 0E(t)0 t0,归一化条件,停留时间分布,2.停留时间分布的定量描述,封闭系统，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,脉冲法 阶跃法 周期输入法,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。,2.脉冲法,停留时间分布的测定,m 为示踪剂的加入量,停留时间分布的测定,3.升阶法,停留时间分布的测定,4.降阶法,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,1.活塞流模型,理想反应器的停留时间分布,2.全混流模型,理想反应器的停留时间分布,存在滞流区,非理想流动现象,存在沟流,理想反应器的停留时间分布,存在短路,理想反应器的停留时间分布,层流反应器,理想反应器的停留时间分布,非理想流动模型和非理想反应器的计算,1.概述,建模的要求：等效性（能够正确反映模拟对象的物理实质）；合理简化便于数学处理（模型参数不应超过两个）,建模的依据：反应器内停留时间分布,常用技巧：对理想模型进行修正，或将理想流动模型与滞流区、短路和沟流等作不同组合,常用的非理想流动模型：离析流模型，多釜串联模型；轴向扩散模型,非理想流动模型和非理想反应器的计算,2.离析流模型,基本假设：离析流体，不存在微观混合,数学模型：,适用条件：宏观流体,3.多釜串联模型,非理想流动模型和非理想反应器的计算,基本假设：级内为全混流；级间无返混；各级存料量相同,3.多釜串联模型,初始条件（升阶）：t=0,c0(0)=1,cP(0)=0,P=1,2,N,非理想流动模型和非理想反应器的计算,数学模型：,对示踪剂作物料衡算：,非理想流动模型和非理想反应器的计算,3.多釜串联模型,数学模型：,非理想流动模型和非理想反应器的计算,3.多釜串联模型,数学模型：,多釜串联模型的E（）图,若为一级不可逆反应，则,注意！为单釜空时,非理想流动模型和非理想反应器的计算,3.多釜串联模型,小结：用多釜串联模型进行反应器计算步骤 测反应器的停留时间分布，求出 根据，求出模型参数N（N要圆整）逐釜计算求出最终转化率。,适用：微观流体,4.轴向扩散模型,基本假定 径向浓度分布均一 轴向上，流体的流速和扩散系数均为恒定值,非理想流动模型和非理想反应器的计算,数学模型,非理想流动模型和非理想反应器的计算,4.轴向扩散模型,+,+,+,=,非理想流动模型和非理想反应器的计算,4.轴向扩散模型,轴向扩散项，反映系统内返混程度的大小。,Pe(Peclet)准数表示对流传递速率和扩散传递速率的相对大小,轴向扩散模型的停留时间分布密度函数图,反应模型方程（关键组分A）,非理想流动模型和非理想反应器的计算,3.轴向扩散模型,小结：用轴向扩散模型进行反应器计算步骤 测反应器的停留时间分布，求出 根据，求出模型参数 Pe 解反应模型求转化率。,若轴向扩散项为零，则化简为活塞流模型,反应模型方程求解方法,非理想流动模型和非理想反应器的计算,3.轴向扩散模型,小结：用轴向扩散模型进行反应器计算步骤 测反应器的停留时间分布，求出 根据，求出模型参数 Pe 解反应模型求转化率。,适用：微观流体,宏观流动和微观流体,混合（尺度）,宏观混合：设备尺度上的混合。,微观混合：分子尺度上的混合。,完全混合微观流体,完全不混合宏观流体,部分离析或部分混合,混合（年龄）,回顾：,同龄混合？,不同龄混合？,