《冶金反应工程》PPT课件.ppt

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1、四、非理想流动反应器,实际反应器中混合状态和流动状态与理想反应器有偏差。流动状态用用停留时间分布来描述；混合状态用聚集状态来分析。,釜式（槽式）反应设备,长径比12,内设有搅拌装置及档板，根据需要安装内外换热器工业上应用广泛的反应器可以用来均相反应,也可用于多相反应,管式反应设备,定义：长度远大于其直径(长径比10以上)的反应器用途：用于均相反应，也可用于多相(拟均相)反应,多釜串联装置,实际反应器中的非理想流动,流体在管式反应器中的流动 流体在管内的径向流速分布是不均匀的，中心处的流速最大，靠壁处最小;中心部分的流体在反应器内的留时间短，靠近管璧处的流体停留时间则长。停留时间不同，反应程度自

2、然就不一样。,实际反应器中的非理想流动,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。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。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,停留时间分布规律(RTD)其对反应效果的影响,描述停留时间分布的函数：停留时间分布密度函数和停留时间分布函数 间歇系统：不存在RTD；流动系统：存在RTD问题,停留时间分布的实验测定,刺激响应实验技术,刺激响应技术应用原则,示

3、踪物停留时间分布可认为是研究流体的停留时间分布,对示踪物的要求：与原流体有相似的物理性质，加入后不改变流态；不与研究的流体发生化学反应；易溶于流体中；易于检测（微量时）；对于多相系统，示踪剂不发生从一个相到另一 个相的转移（即不挥发到另一相或不被另一相吸等）；响应信号与浓度的关系易于处理。,示踪剂加入方式及其响应类型,示踪剂输入法,停留时间分布的实验测定,稳定流动下反应器中常用的刺激响应技术,示踪剂脉冲加入后的响应情况a管式反应器；b釜式连续反应器；c间歇反应器,阶跃法有升跃法和降跃法之分,阶跃法示意图,反应器进出口流动边界条件,或：闭式系统具有闭式边界，即进口和出口没有返混。反之，则为开式边

4、界。,反应器进出口流动边界条件,C曲线和E曲线（脉冲法）,对恒密度系统：,离散数据点,停留时间E分布曲线,E(t)反映了停留时间沿时间轴的分布密度，称停留时间分布密度函数。特征：？,F曲线（阶跃示踪法）,可见：E(t)为点分布函数；F(t)为累计分布函数。,阶跃输入时典型的输出F曲线1非理想流动；2活塞流；3全混流,停留时间分布函数E(t),停留时间分布密度特性：,和,实为累计停留时间分布函数！,特征值分析及其物理意义,响应曲线函数类型,响应曲线类型C曲线,响应曲线类型F曲线,闭式反应器中不同流动特征,变化的。,使用阶跃法建立全混流的流动模型，如果所示，将全釜作为控制体，对示踪剂作物料衡算，有

5、：,全混流模型,流入的摩尔流率=流出的摩尔流率+积累的摩尔流率,积分上式，得：,由F(t)定义知：,用无因次表示为：,边界条件：,全混流的E(t)和F(t)图示,图 5.9 全混反应器的 E(t)、F(t)图,活塞流模型,活塞流反应器的E(t)图,活塞流反应器的F(t)图,活塞流的停留时间分布密度为：,分布函数为：,均值和方差分别为：,无因次特征值,停留时间分布信息的应用,试求例3-1中分布函数E的方差,一般是停留时间分布愈窄，设备的性能愈好,按流体混合的细节，讨论两种极端情况：,非理想流动反应器数学模型,扩 散 模 型,Pe的求法,CA,2,2,2,2,槽 列 模 型,模型参数的估算可以使用

6、矩法，多釜串联的均值和方差分别为：,所以，参数模型,两种特例：,实际反应器的方差介于上述两个极端情况之间，即,(全混流),(活塞流),-1,具有死区的全混流模型,观测值小于理论值,（釜式反应器）,组合 模 型,具有死区的平推流模型,早出峰,观测值小于理论值,（管式反应器）,具有短路流的平推流模型,出现双峰，且时间很短时出尖锐峰,（管式反应器）,具有短路流的全混流模型,时间很短时出尖锐峰,（釜式反应器）,全混流与平推流串联模型,晚出峰（釜式反应器）,全混流与平推流、短路流并联模型,（釜式反应器）,出现双峰，且时间很短时出尖锐峰,例 题,在一闭式容器中进行停留时间分布的脉冲实验，测得数据如下：,求：（1）E(t)、，并判断该反应器中流体的流动更接近于那种理想反应器；（2）在该容器内进行一级不可逆反应（-rA）=kCA,k=0.15min-1，用多釜串联模型求出口转化率；（3）试用离析流模型求出口转化率；（4）若采用全混流与平推流模型，则出口转化率是多少？,解：(1),=6.24min,其中,由动力学方程式得出。,（2）,=47.44-38.94=8.50min2,或按N=4.58计算也可：,(3),=0.572=57.2%,(4)对恒容系统来说，,平推流模型：,全混流模型：,卷 积 分,卷积分推导示意图,