第四章停留时间分布.ppt

从 i = 1开始，逐级求解。当 i = 1 时 根据求解一阶线性常系数常微分方程公式 解得 或 解得 化为对比停留时间θ后，停留时间分布函数为 停留时间分布密度函数为 可见，F(θ)和E(θ)都是以θ为自变量，以m为参量的函数。 m→∞ m – CSTR模型的F(θ )图 验证E(θ)的归一性，求方差。 引入Γ 函数 m – CSTR模型的E(θ )图 m→∞ 验证E(θ)的归一性 （满足归一性） 求方差 当 （CSTR）； 当 （PFR）。 第五节 非理想流动反应器的计算 实际流动反应器的计算，是根据生产任务和达到转化率要求来确定反应器容积，而且要求的转化率是指反应器出口处的平均转化率。由于不同返混程度的反应器内物料的停留时间分布不同，出口转化率也就不同，即停留时间分布影响出口转化率。 例如在CSTR中进行的一级不可逆反应：rA = kCA，本征动力学关系为 一、反应器出口平均转化率的计算 * 第四章 非理想流动反应器 反应器中流体流动状况严重影响反应速率、转化率和选择率，研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。流动模型是反应器中流体流动与混合的描述，流动模型可分为理想流动模型和非理想流动模型两大类。理想流动模型描述了返混的两种极限情况，即完全没有返混的活塞流反应器和返混为最大的全混流反应器。非理想流动模型是对实际工业反应器中流体流动状况与理想流动偏差的描述。对于实际工业反应器，在测定物料在反应器中停留时间分布的基础上，确定非理想流动模型参数，从而表示与理想模型的偏离程度。 物料在反应器中的停留时间就是物料在反应器中所经历的寿命。所谓返混，是指在反应器中不同反应经历的物料之间的混合。测定停留时间就间接地测定了物料的返混程度。 第一节 连续流动反应器中物料混合分析 一、混合现象分类 物料在反应器中进行反应必须相互接触混合，反应器中的物料混合可分为空间概念上的混合和时间概念上的混合。 1. 空间概念混合 空间混合是指各组分之间在分子水平上均匀分布。 2. 时间概念混合 2. 时间概念混合 ①同龄混合——物料在反应器中有相同的停留时间。 ②不同龄混合——物料在反应器中有不同的停留时间， 即返混。 返混是一自然现象，在连续过程中一般都存在返混。 第二节 停留时间分布 在实际工业反应器中，由于物料在反应器中流速不均匀，或因反应器结构影响造成与主体流动方向相反的逆向流动，或内部形成沟流、环流、短路、死角等偏离理想流动情况，使得物料在反应器中停留时间长短不均，因而物料的反应程度也不均匀，出口处物料的转化率实际是经历了不同反应时间的平均转化率。为了能定量地确定出口物料的转化率和产物分布，就必须定量地描述出口物料的停留时间分布。 一、停留时间分布函数的定义 物料在反应器中的停留时间是一随机过程，运用概率论方法，可用停留时间分布函数与停留时间分布密度给以描述。用数学期望和方差来确定平均停留时间和分布的离散程度。 1.停留时间分布函数 函数用F( t )表示，其含义是停留时间小于t（或寿命在0～t之间）的物料占总料量的百分数。 Q0 Q（t） 反应器 2.停留时间分布密度 （无因次） （单位：s-1或min-1） （归一化式） 因 有 E( t ) t 0 F( t ) 1.0 t 0 二、停留时间分布的实验测定 1.停留时间分布测定方法 测定方法为刺激-应答法：在反应器入口处注入示踪剂，同时在出口处检测示踪剂浓度随时间的变化C（t）。一般用阶跃法测定停留时间分布函数F（t）,用脉冲法测定停留时间分布密度函数 E（t）。 对示踪剂的要求： ①具有在低浓度下可准确检测的特性，此特性可转化为光、电 磁等信号，便于仪器准确检测，如有色物质、强电解质等； ②示踪剂要与主流体互溶，其物理性质尽量与主流体相近； ③示踪剂不挥发，也不着附在反应器壁上； ④示踪剂绝对不能与主流体物质发生化学反应。 2.阶跃法测定F( t ) V0 检测器 反应器 VR C( t ) V0 示踪剂 C0 t C/C0 1.0 0 t C/C0 1.0 0 刺激 应答 C = 0, t 0 C0, t 0 C（t） V0 检测器 反应器 VR C( t ) V0 示踪剂 C0 在某时刻t，停留时间小于等于t 的物料所占分率为F（t），示踪剂的衡算式为 最后得 可见，F（t）与C（t）有相同的变化趋势，二者仅差常数C0。 3.脉冲法测定E( t ) V0 检测器 反应器 VR C( t ) 示踪剂 M V0 C = 0，t 0 C0，t = 0 0，t 0 注入刺激浓度 ( 停留时间分布函数公式） C0