《第七章停留时间分布与流动模型》-课件设计(公开).ppt

第七章 停留时间分布与理想流动模型 7.1 停留时间分布 7.2 停留时间分布的实验测定 7.3 停留时间分布的统计特征值 7.4 理想反应器的停留时间分布 7.5 非理想流动模型 7.6 流体的混合态及其对化学反应的影响 为什么全混流反应器和平推流反应器两种不同类型的流动反应器在相同的情况下，两者的操作效果有很大的差别？ 究其原因是由于反应物料在反应器内的流动状况不同，即停留时间分布不同。 前面处理连续釜式反应器的设计时使用全混流假定，处理管式反应器问题时则使用了活塞流的假定；如果不符合这两种假定，就需要建立另外的流动模型。 研究反应器内流体停留时间分布的实际意义*： （1）了解已有反应器内物料的流动状况，确定表示流动特性的模型参数，判断反应器的型式、结构、操作方式是否合理，找出存在的问题，确定改进方向。 （2）研究各种类型反应器内流体的停留时间分布规律，建立流体流动模型，以便对偏离理想流动模型的反应器进行设计分析。 非理想流动的原因* 一类是不均匀的速度分布引起的； 属于第一类的原因有：死角、沟流、短路、在管式反应器中流体层流流动以及反应器截面突变引起的收缩膨胀等。 非理想流动的原因* 另一类是与物料流动方向相反的流动引起的。 属于第二类的原因有：在管式反应器中，反应产物向主流体轴向流动相反方向的运动塔式反应器或釜式反应器内的循环流以及釜式反应器中的搅拌作用等. 非理想流动的改善措施* 使流体的流动型式接近理想置换流型的措施有： 增大流体的湍动程度或增加管子的长径比 对于空管Re＞104或L/D＞50可收到满意的效果 装填填充物应采用合理装填方式，避免沟流及短路 L/DP＞100即可（L为管长，DP为填充物的直径） 增加设备级数或在设备内增设档扳； 采用适当的气流分布装置或调节各反应管的阻力，使均匀一致。 非理想流动的改善措施* 使流体流动型式接近理想混合流型的措施: 主要是加强搅拌，选择适宜型式的搅拌器，搅拌器的层数、安装方式都要考虑到反应器内物料的迅速、均匀混合，搅拌器的功率要足够大； 反应釜的结构也要有利于消除死角，为使物料搅动剧烈可在器壁上增设挡扳等。 1.阐明流动系统的停留时间分布的定量描述及其实验测定方法； 2.建立非理想流动模型； 3.在所建立模型的基础上，说明该类反应器的性能和设计计算； 4.介绍有关流动反应器内流体混合问题，阐明几个基本概念。 7.1 停留时间分布 停留时间是指流体从进入系统时算起，至离开系统时为止，在系统内所经历的时间，即流体从系统的进口至出口所耗费的时间。 反应物料在反应器内停留时间越长，反应进行得越完全。 对于间歇反应器 在任何时刻下反应器内所有物料在其中的停留时间都是一样，不存在停留时间分布问题。 对于流动系统 停留时间的考察是以一堆分子（流体粒子或微团）为对象，具有确切的统计平均性质。 本节要讨论的问题：阐明流动系统的停留时间分布的定量描述及其实验测定方法. 由于物料在反应器内的停留时间分布完全是随机的，因此可以根据概率分布的概念对物料在反应器内的停留时间分布作定性的描述。 研究对象：封闭系统 7.1.1 停留时间分布密度函数 定义*：在稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个流体粒子中，其停留时间为t～t+dt的那部分粒子占总粒子数N的分率记作： 被称为停留时间分布密度函数。 的大小并不是分率的大小，而E(t)dt才是分率dN/N大小。 依此定义函数具有归一化的性质： 停留时间分布密度函数应用 若E(t)已知，则可利用其计算任意停留时间范围的物料占进料的分率: 例如：已知 。求停留时间为90~110s的物料粒子所占的比例 7.1.2.停留时间（累积）分布函数 定义：在稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个流体粒子中，其停留时间小于t的那部分粒子占总粒子数N的分率记作： 被称为停留时间分布函数。 从概率论的角度，F（t）表示流体粒子的停留时间小于t的概率。 7.1.3. 之间的关系  停留时间分布曲线 除了上面两个描述停留时间分布的函数外，还有用年龄分布密度函数I(t)和年龄分布函数y(t)来描述流体在反应器内的停留时间分布。寿命与年龄是两个不同的概念，区别是前者是系统出口处的流体粒子的停留时间；后者是系统中的流体粒子的停留时间。