化学反应工程第五章停留时间分布与反应器的流动模型.pptVIP

* 2. 全混流模型 * P139,例5.4 反应器全混流的检验（自学）。 全混流与活塞流比较 返混程度 (宏观混合) 最小 最大 流型 活塞流 全混流 * 5.5 非理想流动现象 1. 滞流 固定床与搅拌釜反应器停留时间分布 q 1 E(q) 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 1 2 E(q) q 固定床 搅拌釜 * 2.沟流 3. 短路 * 层流反应器停留时间分布 4. 径向速率不均匀 层流流速径向分布 5.37 * 环行连续硝化反应器 5. 循环流 t E(t) 6. 扩散 分子扩散 涡流扩散 * 5.6 非理想流动模型 5.6.1. 离析流模型 cA(t), XA(t) 5.38 5.39 微观混合 cA0 t t→t +dt E(t)dt * 离析流模型 (宏观流体) cA(t)E(t) XA(t) E(t) t * 例5.5液相二级反应 ( k=2.4×10-3 m3/mol/min)，Q0=0.5 m3/min，cA0=1.6kmol/m3。该反应器停留时间分布同例5.3。试计算反应器出口A转化率。(1)离析流模型；(2)活塞流模型。 (2)活塞流 例5.3 RTD 脉冲法 二级反应 * 5.6.2 多釜串联模型 N釜串联 反应器 活塞流 反应器 全混流 反应器 * 初始与边界条件 ●多釜串联反应器平均停留时间与方差（升阶法） cP (t) cp-1(t) c0(t) cN(t) Vr 0 c0 c0(t) t t=0 升阶法 * P=1 5.42 P=2 5.43 P=N 5.45 * 5.47 5.48 5.50 * 图5.18 多釜串联模型E(?)图 0 q N 1 2 5 10 20  1.0 1.0 E(?) 例5.6 * 5.6.3 轴向扩散模型 ①、流速恒定 ②、径向浓度均一 ③、轴向有扩散，遵循Fick定律 轴向扩散模型假设 活塞流模型 * 0 u,c(t) u,c+dc u,c u,c0 (t) dz z Lr 输入 输出 累积 活塞流 全混流 5.52 * PFR CSTR 5.54 * (5.54) 分离变量 初始与边界条件（降阶法） 闭式系统 * 轴向扩散模型 (5.61) (5.58) (5.60) * ) ( q F 0 . 1 0 5 . 0 0 . 1 5 . 1 q 0 5 40 10 25 Pe 0 q 0 5 10 25 40  Pe E(q) 1.0 1.0 轴向扩散模型E(q)与 F(q)图 * 停留时间分布与反应器的流动模型 第五章 * 5.1.1 停留时间分布(RTD)概述 实际反应器常偏离理想流动。受多种因素的影响，流体在反应器内停留的时间有长有短，形成停留时间分布； 反应进行的完全程度(或接近平衡的程度)与物料在反应器内的停留时间长短有关； 流动状况可通过停留时间分布定量表征，流动模型基于停留时间分布； 停留时间分别有年龄分布与寿命分布； 停留时间分布研究对象是反应器内的流体粒子或微团; 停留时间分布理论具有广泛的实际应用。 5.1 停留时间分布(Residence Time Distribution） * 5.1.2. 停留时间分布的定量描述 Nt个 t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 5 10 15 20 QNi /min 如何在不影响主体流动的情况下测定RTD？ 定常流动闭式系统 t=0 * t/min 0.0 0.1 0.2 * 停留时间分布密度函数E (t) 停留时间分布密度函数E (t)性质 t t+dt E (t) * 封闭系统，ρ＝常数 停留时间分布函数F (t) * 脉冲法 阶跃法 升阶法 降阶法 示踪响应法 5.2 停留时间分布的实验测定 周期输入法 * 5.2.1脉冲法 输入曲线 响应曲线 示踪剂加入方法 输出曲线的测定方法 ?(t) t = 0 t c0(t) t c(t) 系 统 主流体Q Injection Detection 主流体 +示踪剂 * 示踪剂加 入总量 系统出口检测 的示踪剂量 t→ t+dt 示踪剂分布 脉冲法与停留时间分布密度函数 * 例5.1:脉冲法停留时间分布的计算 流化床催化裂化装置中的再生器，其作用系用空气燃烧硅铝催化剂上的积炭使之再生。进入再生器的空气流量为0.84kmol/s。现用氦气作失踪剂，采用脉冲法测定气体在再生器中的停留时间分布，氦的注入量为8.84×10-3 kmol。测得再生器出口气体中氦的浓度c（用氦与其他气体的摩尔比表示）和是的关系如下： 试求t=35s时的停留时间分布密度和停留时间分布函数。 57.7 73.5 116 202 286 378 143 0 0 y×106 5