第五章停留时间分布与反应器的流动模型.ppt

5.6.4　轴向扩散模型（续1） 轴向扩散项，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（续2） 轴向扩散模型的停留时间分布密度函数图 5.5.4　轴向扩散模型（续3） 　　到目前为止，我们已经学习过的非理想流动模型有：(1)离析流模型;(2)多釜串联模型;(3)扩散模型。对于离析流模型，只要知道反应器的停留时间分布和反应动力学方程，就可以直接利用式（5-39）进行求解。对于多釜串联模型,只要模型参数N和反应动力学方程已知,就可以通过逐釜计算的办法进行求解。 非理想反应器的计算 5.7　非理想反应器的计算 边界条件为： 　　对于扩散模型，则首先要根据模型的特点和反应动力学方程，建立过程的模型，然后进行求解。同样，选择微元体、对关键组分进行物料衡算，最后得到计算方程： 对于 级反应,速率方程为： 这样将速率代入计算方程，利用边界条件，就可以得到方程的解。由于方程的非线性，除了零级和一级反应有解析解之外，其余均得不到解析解，只有数值解。对于一级反应（ n＝1)，得到解析解为： 当 时（活塞流），式（5-68）变成 当 时（全混流），式（5-68）变成 图中的参量均为模型参数 ，但 横坐标分别为： （一级）和 （二级） 　　图5.22给出了一级反应转化率随模型参数和空时的变化。对于非一级反应，可以通过数值计算的方法解方程。图5.23给出了二级反应的结果。比较两种情况发现: 图 5-22 用轴向扩散模型计算一级反应的转化率 图 5-23 用轴向扩散模型计算二级不可逆反应的转化率 5.8　流动反应器中流体的混合5.8.1　流体混合的定义 　　混合状态的不同,对反应结果有不同的影响。举例说明,浓度为CA1,CA2 ,体积相等的两个流体粒子，进行了a级不可逆反应，那么 除了 ＝１ ，一般 。其相对 大小要看具体情况。 5.8.1　流体混合的定义（续） 　　如果反应物料是流体，那流体本身的混合特性如何影响整个反应体系的性能呢？显然不同类型的反反应器本身也具有特定的混合特征，两者就好比内因和外因，下面是三种理想反应器的比较结果。 5.8.2　反应器固有的特性（针对流体混合） 　　实际上，流体混合特性对整个反应体系产生的作用并不大，特别是当RTD比较窄的时候更始如此。另外，还应该看到，即使流体的微观混合程度一样，当混合的先后顺序不同时，反应的结果也有差别（即早混合和晚混合的问题）。 本章回顾 　　停留时间分布的概念和物理意义。 　　流动反应器中的微观混合与宏观混合及其对反应器性能的影响。 　　利用扩散模型和多釜串联模型的反应器计算。 本章习题 P153 例5.7 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。（1）?? 若该反应器为活塞流反应器，试求（a）?? F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2)(2)若该反应器为全混流反应器，试求（a）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2)(3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求（a）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e) (f)  解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得：(a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0（2）?? 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得：（a）F(1)=1-e-1=0.6321 (b)E(1)=e-1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e-0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e-0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012（3）?? 因是一个非理想流动反应器，故可得：（a）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)1 (e) =1 (f) =1 1 有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为： t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c/kg·m-3 0 3 6 5 4 3 2 1 0求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)， ， 解:示踪法求停留时间分布规律 t/min c/kg·m-3 ∑c F(t