第4章 4.1-4.4.ppt

第四章 反应器特性分析 考虑反应器内传质和传热条件，即实际混合条件下的反应速度。 基本方法:化学反应速度基础上，考虑物料平衡和热量平衡。 以下是针对各种情况的分析 4.1 槽式反应器 如图示：搅拌槽认为是完全混合式。 所有参数列在图中，就 A 物料而言， 共有11个变量。 流入 FV0，C A0，T 0 流出 FV1，C A1，T 1 反应器内 C A，T ，t，V 冷却 T C 考虑为完全混合 4.1.1 间歇式反应槽 液系反应：定容、非等温 (等温在（3.2.3）讨论过) 间歇操作：FV0，FV1=0 利用（4.4）与（4.6）式列表计算 4.1.2 连续流动式反应槽 进料、出料连续进行，稳态运行(T、CA、V均恒定)，求θ(或V) 条件为等温（热量无积累，且Cp0ρ0≈Cp1 ρ1 ≈ Cp ρ）（热容相等） 4.1.3 半间歇式反应槽 1. 一种反应物事先加入（B），另一种反应物（A）连加连出。 设为等温定容反应 （ A物料：伪一级反应） A 的物料平衡 4.1.4 串联反应槽 目的及特点：①可减小反应器总容积 ②便于分步控制温度，提高反应效率 A. 转化率（三段串联转化率关系） 如图，条件为：连续稳定操作，FV不变，V，T，k相同 当反应为一级时，各段转化率f1相同（自己证明） ——反映反应器流动特性的一个指标。 操作状态：n个槽串联，各装入同体积V的液体。初始浓度为C0， 然后将清水以FV连续通入，并以FV在第n槽排出。 考察： 第n槽排出液浓度Cn的变化 第二槽 物料平衡 4.2 连续流动管式反应器 3.2.4节内容，加热量平衡关系，最后以(4.41)，(4.42)联立求解。 4.3.1 未转化率 （1）完全混合 仿上述方法，可得 4.4 不完全混合反应器 实际反应器内的流态为非理想流型，难以用上面的解析法讨论，以上结论不能直接应用。本节讨论如何过渡到不完全混合流型。 反应器：V（有效容积），FV（体积流量），则 θ=V / FV 出口停留时间分布函数（exit age distribution function ）定义为：出流液中，停留时间 t~t + dt 段（流出）液体占出液流的分数为E(t)dt （或，出口物料中停留时间小于t所具有的分率为E(t)） ，可见E(t)为密度函数 内部停留时间分布函数（internal age distribution function）反应器内，停时在t~ t +dt之间的液流占总体的分数是 I(t)dt I(t) — 内部停留时间分布函数 分布函数关系： 4.4.2 停留时间分布函数试验 入口施加信号，出口测响应。据此分析反应器流动特性。 输入信号可任意：从数学上单简化处理方面考虑，常用阶梯信号或脉冲信号。 连续稳定流动反应器，一次瞬时投加示踪剂。 即： 施加脉冲信号，出口响应为 C/C0=C(t) 脉冲信号即为狄拉克(δ)函数 对两种信号：阶梯 F(t)、脉冲 E(φ) 加以说明 （1）脉冲信号 δ是数学上的函数，无法实现。 实际流态介于完全混合与推移流之间，或接近前者或接近后者。难以用简单数学模型表达，分布只能由试验测定，但F曲线与E(C)曲线所代表意义仍然适用。 实际应用信号求分布E(?) 、 I(?) 或 F(t) 时，只需求出其一即可，余者可由它们的关系求出，可只测出一种，或两种均测以作为校核。 4.4.3 试验资料分析 主要介绍统计知识 下面分析它们间的关系： 如下图所示： 面积微元是 B对 Cin响应所构成的。在 t 以前所有Cin均在 B 中有贡献。现将 t 以前的Cin划分若干段（各段宽为△t ‘），则每段可看成一个脉冲信号，Cin则是由若干个这样的脉冲信号的连续施加组成，如图A、A’、A’’等。各信号大小 由输入 — 输出信号响应试验得出 RTD 函数，其目的是为推求反应效果，而方法使用则取决于反应器系统特性。 线 性系统—— 信号— 响应成比例（即线性关系）变化，称此反 应系统为线性系统；否则，称为非线性系统。 线性过程