第五章停留时间分布与反应器的流动.ppt

5.1 停留时间分布Residence Time Distribution,RTD 停留时间：指流体以进入系统时算起，到其离开系统时为止，在系统内总共经历的时间。 返混：在流体流动方向上停留时间不同的流体粒子之间的混合称为返混，也称为逆向混合。 流动模型：是对反应器中流体流动与返混情况的描述，这一状况对反应结果有非常重要的影响。 ? 脉冲法 ? 阶跃法 ? 周期输入法 ? 存在沟流 存在短路 5.6 非理想流动模型 离析流模型 多釜串联模型 轴向分散模型 ? 基本假定： 流速恒定；径向浓度分布均一；仅轴向有分散，流体的扩散系数为恒定值，遵循Fick定律。 ? 数学模型 反应模型方程（关键组分A）？ ? 数学模型 反应模型方程（关键组分A） 5.8 流动反应器中流体的混合 5.8 流动反应器中流体的混合 5.8 流动反应器中流体的混合 轴向分散项，反映系统内返混程度的大小。 Pe (Peclet)准数 表示对流传递速率和扩散传递速率的相对大小 5.6.4 轴向扩散模型 边界条件 5.6.4 轴向分散模型 轴向分散模型的停留时间分布密度函数图 5.6.4 非理想流动模型比较 1) 离析流模型 零参数模型，适用宏观流体和一级微观流体 2) 多釜串联模型 单参数模型，模型参数为N，适用微观流体 一级宏观流体， 3）. 轴向扩散模型 5.6.4 非理想流动模型比较 单参数模型，模型参数为Pe，适用于微观流体和一级宏观流体 有化学反应 本节将做介绍 轴向分散 按第三章介绍的方法逐釜计算 多釜串联 停留时间分布+间歇反应器设计方程 离析流 计算方法 模型 5.7 非理想反应器的计算 5.7 非理想反应器的计算 用轴向分散模型进行反应器计算步骤 ? 测反应器的停留时间分布，求出 根据 ，求出模型参数 Pe ? 解反应模型,求转化率XA。 c dz L u c0 u u u - - + = 进入量 流出量 反应量 dZ A dV r r = 若轴向扩散项为零，则化简为活塞流模型 5.7 非理想反应器的计算 反应模型方程求解方法 5.8 流动反应器中流体的混合 对连续流动反应器，反应器中的混合现象通常会涉及三个方面的问题： 1 可用RTD表征的反应器的宏观混合 2 反应物系的聚集状态，即微观均一性 3 混合发生时间的早晚 微观流体 宏观流体 1) 微观混合状态对化学反应的影响 1 A c 2 A c 物料微团（分子）尺度上的混合。指微团间进行物质交换所能达到的程度，以及在反应器微元尺度上所能达到的物料组成的均匀程度。 聚集状态有两种极限：完全微观混合 完全离析 5.4.2 微观混合 1）完全/最大微观混合 对应的流体为微观流体，均相系统均如此 不同物料微团间能进行充分的物质交换，从而在反应器微元尺度上达到分子尺度的均匀，微 观混合达到最大。 5.4.2 微观混合 粒子之间不发生任何物质交换，或粒子之间不产生混合，每个粒子就象一个有界的个体，这种状态为完全离析。 3）部分离析，部分微观混合 对应的流体为宏观流体, 只存在宏观混合。 2）完全离析/完全不混合 5.4.2 微观混合 V r Q Q c c 微观流体 宏观流体 以分子状均匀分散 分子以集团状态存在 5.4.3 活塞流模型 t = 0 t E(t) 0 点函数性质 5.4.3 活塞流模型 5.4.3 活塞流模型 t = 0 t E(t) 0 1.0 0 正阶跃法 5.4.3 活塞流模型 5.4.4 全混流模型 0.632 F(t) 0 5.4.4 全混流模型 1 5.4.4 全混流模型 5.4.4 全混流模型 E(t) t 0 存在滞流区,也称之为死区 5.5 非理想流动现象 q 1 5.5 非理想流动现象 5.5 非理想流动现象 层流反应器 5.5 非理想流动现象 其特征是停留时间小于平均停留时间一半的流体粒子为0。 基本假设： 离析流体，不存在微观混合 离析流物理模型 5.6.2 离析流模型 （零参数模型） ? 数学模型： 适用条件：宏观流体； 微观流体的一级反应 5.6.2 离析流模型（零参数模型） t*为完全反应时间，即CA=0 5.6.3 多釜串联模型 ? 基本假设 釜内为全混流；级间无返混；各级反应体积相同，连接管体积不计 多釜串联模型的物理模型 5.6.3 多釜串联模型 初始条件（升阶）：t = 0, c0(0)=c0, cP(0)=0, P=1,2,…N ? 数学模型 对示踪剂作物料衡算 ci,P ci,p-1 ci,0 ci,N 5.6.3 多釜串联模型 对第P釜物料衡算 5.6.3 多釜串联模型 5.6.3 多釜串联模型 无因次化 5.6.3 多釜串联模型 适用条件：微观