5_停留时间分布与反应器的流动模型讲义.ppt

停留时间分布与反应器的流动模型 停留时间分布密度函数E (t) ? 脉冲法 ? 阶跃法－ ? 周期输入法 ? 2. 脉冲法 1. 活塞流模型 存在沟流 存在短路 3. 多釜串联模型 3. 多釜串联模型 4. 轴向扩散模型 ? 基本假定 径向浓度分布均一 轴向上，流体的流速和扩散系数均为恒定值 ? 数学模型 反应模型方程 （关键组分A） 反应模型方程求解方法 * 反 应 工 程 第五章 本章内容 ? 停留时间分布 ? 停留时间分布的实验 ? 停留时间分布的统计特征值 ? 理想反应器的停留时间分布 ? 非理想流动现象 ? 非理想流动模型和非理想反应器的计算 1.基本概念 ? 闭式系统 系统 进口 出口 ? 停留时间分布 ? 年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算起在系统中停留的时间。 ? 寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在系统内停留的时间。 ? ? 停留时间分布理论的应用 ? 对现有设备进行工况分析 ? 建立合适的流动模型，进行非理想反应器的计算 停留时间分布 E(t) = 0 t 0 E(t)≥ 0 t≥0 归一化条件 停留时间分布 2.停留时间分布的定量描述 封闭系统，ρ＝常数 停留时间分布函数F (t) 停留时间分布 2.停留时间分布的定量描述 升阶法 降阶法 停留时间分布的测定 1. 实验方法概述 脉冲法： 简单、示踪剂用量少，可直接测出停留时间分布密度函数； 要求输入理想脉冲。 阶跃法 操作容易； 示踪剂用量大，直接测出的是停留时间分布函数。 ? ? 输入曲线 响应（输出）曲线 c0(t) 停留时间分布的测定 m 为示踪剂的加入量 停留时间分布的测定 3. 升阶法 主流体Q0 Q 系 统 检测器 含示踪剂的流体（C(∞) ） c(∞) c0(t) t t=0 0 输入曲线 c(∞) c(t) t 0 响应曲线 停留时间分布的测定 4. 降阶法 主流体Q Q 系 统 检测器 含示踪剂的流体（C(0) ） 0 c(0) c0(t) t t=0 输入曲线 0 c(0) c(t) t 响应曲线 ? 停留时间分布的统计特征值 1. 平均停留时间 2. 方差 脉冲法 降阶法 升阶法 理想反应器的停留时间分布 t = 0 t E(t) 0 1.0 0 2. 全混流模型 理想反应器的停留时间分布 存在滞流区 非理想流动现象 理想反应器的停留时间分布 理想反应器的停留时间分布 层流反应器 理想反应器的停留时间分布 非理想流动模型和非理想反应器的计算 1. 概述 ? 建模的要求： 等效性（能够正确反映模拟对象的物理实质）； 合理简化便于数学处理（模型参数不应超过两个） ? 建模的依据： 反应器内停留时间分布 ? 常用技巧： 对理想模型进行修正，或将理想流动模型与滞流区、短路和沟流等作不同组合 ? 常用的非理想流动模型： 离析流模型，多釜串联模型；轴向扩散模型 非理想流动模型和非理想反应器的计算 2. 离析流模型 ? 基本假设：离析流体，不存在微观混合 ? ? 数学模型： ? 适用条件：宏观流体 cP cp-1 c0 cN 非理想流动模型和非理想反应器的计算 ? 基本假设： 级内为全混流； 级间无返混； 各级存料量相同 cP cp-1 c0 cN 初始条件（升阶）：t = 0, c0(0)=1, cP(0)=0, P=1,2,…N 非理想流动模型和非理想反应器的计算 ? 数学模型： 对示踪剂作物料衡算： 非理想流动模型和非理想反应器的计算 3. 多釜串联模型 ? 数学模型： 非理想流动模型和非理想反应器的计算 3. 多釜串联模型 ? 数学模型： 多釜串联模型的E（?）图 若为一级不可逆反应，则 注意！?为单釜空时 非理想流动模型和非理想反应器的计算 3. 多釜串联模型 小结：用多釜串联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N（N要圆整） ? 逐釜计算求出最终转化率。 ? 适用：微观流体 非理想流动模型和非理想反应器的计算 c dz L u c0 u u u 非理想流动模型和非理想反应器的计算 4. 轴向扩散模型 + + + = 非理想流动模型和非理想反应器的计算 4. 轴向扩散模型 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 轴向扩散模型的停留时间分布密度函数图 非理想流动模型和非理想反应器的计算 3. 轴向扩散模型 小结：用多釜串联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。 若轴向扩散项为零，则化简为活塞流模型