第三章-反应器内的流体流动.pptVIP

第三章反应器内的流体流动非理想流动1反应器的几何构造和流体的流动方式是造成偏离理想流动的根本原因2存在一定程度的返混3用停留时间分布来描述反应器中物料返混的程度返混物料在反应器内不仅有空间上的混合而且有时间上的混合，这种混合过程称为返混。物料在反应器内必然涉及到混合，即原来在反应器内不同位置的物料而今处于同一位置。如果原来在反应器不同位置的物料是在同一时间进入反应器的，发生混合作用时，这种混合称为简单混合。如果原来在不同位置的物料是在不同时间进入反应器的，由于反应时间不同，因此物料的浓度是不同的，两者混合后混合物的浓度与原物料的浓度不同，这种混合过程称为返混。(1)完全不返混型反应器(2)充分返混型反应器(3)部分返混型反应器在这类反应器中物料之间存在一定程度的返混，但并未达到充分返混的程度，现将这类反应器称为非理想流动反应器。流体在反应器内的停留时间分布如果物料在反应器内流动时有返混发生，度量该返混程度最简单而且最有效的方法是确定物料在反应器内的停留时间规律，从而可定量地确定返混程度。由于物料在反应器内停留时间是一个随机过程，对随机过程通常用概率予以描述，即用二个函数及二个特征值予以描述。二个函数分别是概率函数和概率密度函数，二个特征值则是数学期望和方差。物料在反应器内停留时间分布规律也将用概率予以描述。停留时间一停留时间分布的数学描述例：在连续操作的反应器内，如果在某一瞬间（t=0）极快地向入口物流中加入100个红色粒子，同时在系统的出口处记下不同时间间隔流出的红色粒子数，结果如下表。一停留时间分布的数学描述同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于?与间的质点所占分率为dN/N，以E(?)dt表示。(2)停留时间分布函数F(?)停留时间0-?范围内的物料（停留时间小于?的质点）占进料的分率。研究不同流型的停留时间分布，通常是比较它们的统计特征值。常用的特征值有两个：平均停留时间：是指整个物料在反应器中停留

时间的平均值方差是物料质点各停留时间与平均停留时间的偏离程度，即停留时间分布的离散程度方差越小，越接近平推流对平推流，方差为零。三停留时间分布的测定方法示踪剂的选取原则示踪剂不应与主流体发生反应；除了显著区别于主流体的某一可检测性质外，示踪剂应和主流体应尽可能具有相同的物理性质，且两者易于溶为一体；示踪剂浓度很低时也能够检测到信号；用于多相系统检测的示踪剂不发生相间的转移；示踪剂本身应具有或易于转变为电信号或光信号的特点。1、阶跃法使物料以稳定的流量qV通过体积为VR的反应器，然后在某个瞬间?=0时，将其切换为相同流量和浓度的示踪剂，同时开始测定出口处示踪剂浓度随时间的变化。阶跃法所得输入—响应曲线进口物料以体积流量qv送入反应器，在时间为t时，出料的示踪剂总量应该是qvC，它将由两部分示踪剂组成的，一部分是阶跃输入后的物料中停留时间小于t的示踪剂，其量应是qvC0+F(t)；另一部分是阶跃输入前的物料中时间大于t的示踪剂，其量为qvC0-(1-F(t))即：可得如果阶跃输人前进口物流中不含示踪剂，即，上式可以写成：有了实测的不同时间t下的c值，即可绘出F(t)-t曲线和E(t)-t曲线，并求出特征值和。例:测定某一反应器停留时间分布规律，采用阶跃示踪法，输入的示踪剂浓度c0=7.7kg·m-3，在出口处测定响应曲线如表所示。求在此条件下F(t)，E(t)及与值。解：本实验测定的数据并非连续曲线而是离散型的。则F(t)，E(t)，，的计算式如下：具体计算结果如表2、脉冲法使物料以稳定的流量qV通过体积为VR的反应器，然后在某个瞬间?=0时，在某一瞬间向物料中注入浓度为C0的示踪剂，并保持混合物的流量仍为qV，同时在出口处测定示踪剂浓度C随时间?的变化。脉冲法所得输入—响应曲线示踪剂的总量显然是：例:在稳定操作的连续搅拌式形反应器的进料中脉冲注入染料液(m∞=50g)，测出出口液中示踪剂浓度随时间变化关系如表所示。请确定系统的F(t)，E(t)曲线及，值。解：本实验采用脉冲示踪法，测定的时间间隔相同(Δt=120s)，计算式为：计算值如表所示。脉冲法和阶跃法的比较用对比时间表示停留时间分布目的：将停留时间分布无因次化。对比时间：换算：将所有关系式中t用τθ替换。理想反应器的停留