第四篇反应器中的混合对反应的影响.ppt

由本题附图推测反应级数为（ ）。 A．0.5； B．1； C．1.5； D．2 D 例：某全混流反应器体积为100L，物料流率为1L/s，试求在反应器中停留时间为（1）90～110s，（2）0～100s，（3）100s的物料占总进料的比率。 解： 出口物料的份额用F(t)表示， 所求比率90～110s ：F(110) － F(90) = 0.074 = 7.4% 小于平均停留时间的物料占63.2% 大于 的物料占总物料的36.8% 实际反应器内的流动是很复杂的，仅用理想化的平推流或全混流进行计算是不够的，非常必要对实际的流型进行逼近模拟。常用的方法有如下几种。 填料塔 层流模型可对平推流模型进行修正，但比较粗糙。主要模型假设为： 1) 反应混合物在管内作层流流动。 2) 反应混合物在轴径向均不存在返混。 u 轴向混合模型 在平推流模型的基础上再迭加一个轴向混合 轴向扩散模型的基本假设： 流体沿轴向有参数变化，径向参数均一； 流体流动主流为平推流但叠加一逆向涡流扩散； 逆向涡流扩散遵循菲克定理，但整个反应器内扩散系数为一常数。 轴向扩散模型 仿照 分子扩散中用扩散系数 分子运动 表征 有效扩散系数 表征 一维返混 用 平推流反应器 + 涡流扩散运动 非理想流动的管式反应器 主要用于湍流流动的管式反应器、固定床反应器、塔式反应器。 轴向混合模型 对实际反应器，处理时在平推流的基础上迭加一个轴向混合来进行校正。 适合于不存在死角、短路和循环流、返混程度较小的非理想流动模型。 模型参数是轴向混合弥散系数EZ，停留时间分布可表示为EZ的函数。 Peclet准数： 当返混程度相当小时； 数学期望θ=1 方差 对一级不可逆反应，转化率可表示为： 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.05 0.1 0.5 1 10 θ 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.001 0.012 0.025 0. 25 θ 基本假设： 由m个体积相等的CSTR串联组成； 从一个CSTR到下一个CSTR之间的管道内物料不发生反应。 …… 多级全混流串联模型 多釜串联模型: 用几个等体积的全混流反应器串联来模拟实际反 应器中的流动状况。 0 0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 m=1 m=2 m=5 m=10 m→∞ 0 0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 m=1 m=2 m=5 m=10 m→∞ 图4-11 不同m值时的E(θ), F(θ)曲线 每一级的停留时间ti=tm/m。 模型参数为串联级数m。 方差 m=1时， 即为全混流模型 m=∞时， 即为平推流模型 对一级不可逆反应，转化率可表示为： 假设实际反应器中的返混程度与m个等体积的全混流反应器串联时相同，m是虚拟釜数，不一定是整数。 当m=1时，多级混合釜模型的停留时间分布函数与CSTR相同。 当m?∞时，多级混合釜模型的停留时间分布函数与PFR相同。 当1m ∞时，多级混合釜模型的停留时间分布函数属于非理想流动反应器。 多级混合釜模型的应用 1、多个CSTR串联操作时，当釜数由一增加到无限多个，其停留时间分布规律将按CSTR 到非理想流动反应器到PFR的分布规律变化。 2、如果釜数选择恰当，该模型的停留时间分布规律可以与任何一个非理想流动反应器的停留时间分布规律相同（即两者的返混程度相同）。 3、可以用多级全混流模型计算任何一种非理想流动反应器的转化率。 反应釜个数为： 组合模型 适用于上述两种模型不能很好表达的情况 将实际反应器的流动情况设想为平推流、全混流、死区、短路、循环流等部分组成 组合模型的几种典型例子： 第五节 非理想流动反应器的计算 准确地计算实际反应器的生产能力和转化率，需已知两个前提条件： 1) 本征动力学方程 2) 反应器停留时间分布函数 如实际反应器中诸微元具有独立身份，则可以想象为实际反应器由不同长度管式反应器并联组成： 入口 出口 为各并联反应器 转化率的积分平均。 出口转化率 ＝ Σ停留时间为ti的转化率 × ti的流量分量 即 或 无论何种反应器，只要已知停留时间分布函数，即可接上式计算 出口 对全混流 对2级动力学 对平推流 对2级动力学 例：应用脉冲示