流动模型与停留时间分布的应用9.pptVIP

1.5 流动模型与停留时间分布的应用 1.5.1 理想流动模型 1.5.2 非理想流动模型 1.5.3 停留时间分布（RTD）的应用 1.5.1 理想流动模型 1.5.1.1 平推流 1.5.1.2 全混流 1.5.1.1 平推流 --- 1 平推流是管式反应器中流体高度湍流时的一种合理的简化模型。 在平推流模型中，所有物料粒子的停留时间都等于平均停留时间。 平推流模型的 E(τ)和 F(τ)，如 Fig 1-28所示： 1.5.1.1 平推流 ----- 2 平推流模型中E(τ)和F(τ)的特征如下： 1.5.1.2 全混流 --- 1 容积为VR，流量v，某时刻阶跃法进料，浓度C0，在切换后的某一dτ 时间内，进行物料衡算。有： 进入的示踪剂量—离开的示踪剂量 = 积累的示踪剂量 + 反应量=0 1.5.1.2 全混流 --- 2 ∵ 阶跃法进料， ∴ 有： 1.5.1.2 全混流 --- 3 ∵ 阶跃法进料， ∴ 有： 1.5.1.2 全混流 --- 4 对于全混釜，有： 1.5.2 非理想流动模型 1.5.2.1 多釜串联模型 1.5.2.2 轴向扩散模型（略） 1.5.2.3 组合模型的概念（略） 1.5.2.1 多釜串联模型 --- 1 用N个等容积VR的釜串联，来模拟实际反应器中的流动情况。 1.5.2.1 多釜串联模型 --- 2 其方差为 例1-10 1.5.3 停留时间分布（RTD）的应用 1.5.3.1 确定模型参数 N 1.5.3.2 定性分析流动情况 1.5.3.1 确定模型参数 N N = 1 /δ2 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 1 对于平推流， 将实测的τobs与之比较，分析原因，如： Fig 1-36 PFR 的 RTD 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 2 常见PFR 的 RTD 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 3 常见PFR 的 RTD 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 4 对于 CSTR，常见的情形有： 如： Fig 1-37 CSTR 的 RTD 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 5 对于 CSTR，常见的情形有： 如： Fig 1-37 CSTR 的 RTD 1.5.3.2 定性分析流动情况 --- 5 对于 CSTR，常见的情形有： 如： Fig 1-37 CSTR 的 RTD 1.5.3.3 定量分析 --- 例1-12 利用RTD来定量估算死角、及短路的程度 例1-12：某反应器VR=1m3，流量 v = 1 m3/min，脉冲注入M0(g)示踪剂，测得出口示踪剂浓度为： C(τ) = 30e-τ/40 ，试判断流动状况。 例1-12 例1-13 --1 某气相反应塔，高20 m，截面积1m2，内装填料，空隙率 φ= 0.5，气相流量0.5 m3/s，液相流量0.1 m3/s，在气、液入口处脉冲注入示踪剂，测得出口示踪剂浓度如图1-39。 例1-13 --2 * Fig 1-28 平推流模型的E(τ)和F(τ) 和 和 L/d 30且流速较大时，类似于此模型。 即： 即： 即： 二边积分，得到 即： （1-40） （1-39） （1-42） （1-41） （1-43） 则每一个虚拟釜中的停留时间为： 每一个虚拟釜： a. 每釜均为理想态；b. 釜间没有返混； 则通过物料料衡算，有： （1-44） ∴ 当 N = 1时， δ2 = 1 ， 即为CSTR模型 N = ∞ 时，δ2 = 0， 即为PFR模型 对于一般反应器，从实验中，测出τ分布，求出δ2 N（虚拟釜数） 实际的流动状态 在例1-8中的反应器中，进行液相分解反应，动力学方程式为 (–rA ) = kCA， k = 0.307min-1，当 τ=15min 时，试求出口转化率xA？ 答：实际反应器的出口转化率为 96%。 解：采用多釜串联模式，虚拟釜数 N = 1/δ2 = 1 / 0.211 = 4.74 代入式（1-22）中，有： 1.测量误差 2. 示踪剂被吸附 解：因为 所以： ∴ 由全混釜的 而 VR/v = 1/1 = 1 min 反应釜内存在死角，体积为Vd 可知