反應(yīng)工程全冊配套完整課件2

1、反應(yīng)工程全冊配套完整課件反應(yīng)工程全冊配套完整課件2第一章第一章 緒論緒論 化學(xué)工程與化學(xué)工程師化學(xué)工程與化學(xué)工程師 反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展 反應(yīng)工程的用途反應(yīng)工程的用途 相關(guān)概念相關(guān)概念 反應(yīng)器的類型與操作方式反應(yīng)器的類型與操作方式 反應(yīng)器設(shè)計的基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本方程 及工業(yè)反應(yīng)器的設(shè)計方法及工業(yè)反應(yīng)器的設(shè)計方法本章內(nèi)容1化學(xué)工程與化學(xué)工程師n化學(xué)工程與化學(xué)n化學(xué)工程師與化學(xué)家n化學(xué)工程師的具體任務(wù)與目標(biāo) 解決實際問題 追求效率最大化 追求資源利用最大化 經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)Engineering & EngineersnSolve practical proble

2、msnScientists solve the problems they can, but Engineers try to solve the problems they have to;nProblem-orientednSolve practical problems efficientlynEngineers do for a penny what any fool can do for a pound.nSolve practical problems efficiently with limited resourcesnWillingness to make estimates

3、and assumptionsnMust be constantly aware of the difference between the idealized conditions under which the basic knowledge was obtained and the real conditions of their design and its environmentnFearless, embraces new challengesEngineering & EngineernQuantitative reasoningnReadiness to face op

4、en-end questionnA habit of visualizing the solutionnInventHamlet was created;The telephone was invented;Structure of DNA was discoveredWhether you believe you can, or whether you believe you cant, you are absolutely right!Henry FordChemical EngineeringnI shall use the phrase of Chemical Engineering

5、Science to mean the aspects of science developed by chemical engineers for their own purpose in field not covered by other branch of technology.nP. V DanckwertsEducation: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Che

6、mical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948.Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.Trends in ChemE and Chem. IndustrynDiversified application areasnRelying on broader and deeper science knowledgeChemical EngineeringUnit OperationsTransport

7、 processesReaction EngineeringFundamental SciencesPhysicsChemistryBiologyMathematicsApplicationsEnergyInorganic IndustryPetrochemicalsBiochemicalsPharmaceuticalsMaterialsElectronicsTrends in ChemE and Chem. IndustrynGlobalization:nCompetitionnJob Security The ability to find another jobnSpeed is the

8、 keynSustainability: energy and environmentalRequirement for ChemE EducationnVersatilitynBe PracticalnUse fundamental theories and knowledge to solve practical problemsnMulti-scale analysis and SynthesisnAnalysis of complex systemnComprehensive usage of a broad range of knowledge Chemical Reactor: D

9、efinitionGeneral: nAn equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to anotherNarrowed: nChemical conversion is performed for the purpose of producing or eliminating pre-determined molecular compound(s) Purpose: making or eliminating Control: saf

10、e, selectivity, performance optimization1.2 Chemical Reactor: ScaleMulti-scale AnalysisScale, mReferenceChem. Eng.107Earth diameterGlobal Scale103 105Golden Gate Bridge System Scale10 102HouseEquipment Scale10-3 10-1FrogParticle Scale10-6 10-4BacteriaColloid Scale10-10 10-7Carbon AtomMolecular Scale

11、James Wei, Chem. Eng. Sci., 59(2004), 1641-1651 Reactor DesignnDesign tasknType nSizenOperation conditionsnScale-upnProcedurenInitial estimationnSelectionnDesign calculation20世紀(jì)世紀(jì)30年代年代 -丹克萊爾丹克萊爾(Damhhler) -梯爾梯爾(Thiele)和史爾多維奇和史爾多維奇()20世紀(jì)世紀(jì)40年代末年代末 -霍根霍根(Hougen)和華生和華生(Waston) 法蘭克法蘭克-卡明斯基卡明斯基(- -) )1

12、反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象的相互關(guān)系化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象的相互關(guān)系 1957年年 - 首次使用首次使用“化學(xué)反應(yīng)工程化學(xué)反應(yīng)工程”術(shù)語術(shù)語 Amsterdam，ESCRE 60年代年代 - 快速發(fā)展期快速發(fā)展期 石油化工的大發(fā)展石油化工的大發(fā)展 計算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用計算機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用 80年代年代 - 形成新的分支：形成新的分支： 生化反應(yīng)工程生化反應(yīng)工程 聚合反應(yīng)工程聚合反應(yīng)工程 電化學(xué)反應(yīng)工程電化學(xué)反應(yīng)工程1 反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展International Symposia on Chemical Reaction Engineeri

13、ng (ISCRE) NamePlaceCountryYearCo-Sponsoring OrganizationsESCRE 1AmsterdamNetherlands1957EFChEESCRE 2AmsterdamNetherlands1960EFChEESCRE 3AmsterdamNetherlands1964EFChEESCRE 4BrusselsBelgium1968EFChEISCRE 1WashingtonUSA1970ACS/AIChEISCRE 2AmsterdamNetherlands1972EFChEISCRE 3EvanstonUSA1974ACS/AIChEISC

14、RE 4HeidelbergGermany1976EFChEISCRE 5HoustonUSA1978ACS/AIChEISCRE 6NiceFrance1980EFChEISCRE 7BostonUSA1982ACS/AIChEISCRE 8EdinburghGreat Britain1984EFChEISCRE 9PhiladelphiaUSA1986ACS/AIChEISCRE 10BaselSwitzerland1988EFChEISCRE 11TorontoCanada1990ACS/AIChE/CSCEISCRE 12TorinoItaly1992EFChEISCRE 13Balt

15、imoreUSA1994ACS/AIChEISCRE 14BruggeBelgium1996EFChEISCRE 15NewportUSA1998ACS/AIChEISCRE 16CracowPoland2000EFChEISCRE 17 Hong Kong China 2002 Asia Pacific CRE 2 反應(yīng)工程的用途、作用、研究內(nèi)容反應(yīng)工程的用途、作用、研究內(nèi)容 反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)動力學(xué) 反應(yīng)模式反應(yīng)模式 速率方程速率方程 活化能活化能 反應(yīng)器的設(shè)計與分析反應(yīng)器的設(shè)計與分析 各因素（各因素（T, P, c）的變化規(guī)律）的變化規(guī)律 最佳工況最佳工況3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率化學(xué)反應(yīng)的

16、轉(zhuǎn)化率和收率3.1 反應(yīng)進(jìn)度 RBARBARRRBBBAAARBARRBBAAnnnnnnnnnnnn000000:)( : )( : )(即：iiinn0普遍化：Mjjijiinn10對多個反應(yīng)：3.2 轉(zhuǎn)化率 X該反應(yīng)物的起始量某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量X0iinX注意： 按關(guān)鍵組分計 反應(yīng)物的起始態(tài)3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率3.3 收率 Y與選擇性S關(guān)鍵組分的起始量反應(yīng)產(chǎn)物的生成量RARY關(guān)鍵組分的起始量關(guān)鍵組分量生成某一產(chǎn)物所消耗的或：Y 已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分量生成目的產(chǎn)物所消耗的SXSY3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率進(jìn)入進(jìn)入SO2氧化器的氣體組成

17、（摩爾分?jǐn)?shù)）為：氧化器的氣體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為： SO2: 3.07%; SO3: 4.6%; O2: 8.44%; N2: 83.89%離開反應(yīng)器的氣體中離開反應(yīng)器的氣體中SO2的含量為的含量為1.5%，試，試計算計算SO2的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。例例13 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率丁二烯是制造合成橡膠的重要原料。制取丁二丁二烯是制造合成橡膠的重要原料。制取丁二烯的工業(yè)方法之一是將正丁烯和空氣及水蒸氣烯的工業(yè)方法之一是將正丁烯和空氣及水蒸氣的混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進(jìn)行氧化脫氫。的混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進(jìn)行氧化脫氫。除生成丁二烯的主反應(yīng)外，還有許多副反應(yīng)，除生成丁二烯的主反應(yīng)

18、外，還有許多副反應(yīng)，如生成酮、醛及有機(jī)酸的反應(yīng)。反應(yīng)在溫度如生成酮、醛及有機(jī)酸的反應(yīng)。反應(yīng)在溫度350、壓力、壓力0.2026MPa下進(jìn)行。得到反應(yīng)前下進(jìn)行。得到反應(yīng)前后的物料組成如下。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算正丁后的物料組成如下。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算正丁烯的轉(zhuǎn)化率、丁二烯的收率和反應(yīng)的選擇性。烯的轉(zhuǎn)化率、丁二烯的收率和反應(yīng)的選擇性。例例2組分組分反應(yīng)前反應(yīng)前%反應(yīng)后反應(yīng)后%組分組分反應(yīng)前反應(yīng)前%反應(yīng)后反應(yīng)后%正丁烷正丁烷0.630.61氧氣氧氣7.170.64正丁烯正丁烯7.051.70氮氣氮氣27.026.10丁二烯丁二烯0.064.45水蒸氣水蒸氣57.4462.07異丁烷異丁烷0.500.48

19、-1.20異丁烯異丁烯0.130CO2-1.80正戊烷正戊烷0.020.02有機(jī)酸有機(jī)酸-0.20醛、酮醛、酮-0.10反應(yīng)前后物料組成反應(yīng)前后物料組成4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型管式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器板式塔填料塔4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器床式反應(yīng)器床式反應(yīng)器4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型移動床反應(yīng)器滴流床反應(yīng)器漿態(tài)床反應(yīng)器4 反應(yīng)器的類型反應(yīng)器的類型5 反應(yīng)器的操作方式反應(yīng)器的操作方式AB5 反應(yīng)器的操作方式反應(yīng)器的操作方式間歇操作間歇操作(batch reactor, BR)連續(xù)操作連續(xù)操作(

20、continuous stirred tank reactor, CSTR) 連續(xù)操作連續(xù)操作(PFR reactor)質(zhì)量衡算：質(zhì)量衡算：（關(guān)鍵組分（關(guān)鍵組分i 的輸入速率）的輸入速率） （i 的輸出速率）（的輸出速率）（i 的轉(zhuǎn)化速率）（的轉(zhuǎn)化速率）（i 的累積速率）的累積速率）熱量衡算：熱量衡算：（輸入的熱量）（輸入的熱量） （輸出的熱量）（反應(yīng)熱）（累積的熱量）（輸出的熱量）（反應(yīng)熱）（累積的熱量）動量衡算：動量衡算：（輸入的動量）（輸入的動量） （輸出的動量）（動量消耗）（累積的動量）（輸出的動量）（動量消耗）（累積的動量）6 反應(yīng)器設(shè)計的基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本方程6 反應(yīng)器設(shè)計的

21、基本方程反應(yīng)器設(shè)計的基本方程控制體積控制體積：可以把反應(yīng)速度視為定值的最大空間范圍狀態(tài)變量狀態(tài)變量：濃度 （質(zhì)量衡算） 溫度 （能量衡算） 壓力 （動量衡算）自變量自變量：時間 空間 *定態(tài)過程：無時間變量7 工業(yè)反應(yīng)器的放大工業(yè)反應(yīng)器的放大實驗室規(guī)模實驗室規(guī)模實驗實驗小型小型試驗試驗中間中間試驗試驗大型冷模大型冷模試驗試驗工廠工廠設(shè)計設(shè)計建立化學(xué)模型考察物理過程對反應(yīng)的影響建立物理模型檢驗并修正模型考察催化劑性能考察設(shè)備腐蝕情況數(shù)學(xué)模型法的步驟數(shù)學(xué)模型法的步驟w第二章第二章 反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)天津大學(xué)化工學(xué)院反應(yīng)工程教研組化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)2.1 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率

22、定義：單位時間，單位體積反應(yīng)物系中某一反應(yīng)組分定義：單位時間，單位體積反應(yīng)物系中某一反應(yīng)組分的反應(yīng)量。的反應(yīng)量。RBARBAdtdnVrdtdnVrdtdnVrRRBBAA1,1,11. 反應(yīng)速率恒為正值反應(yīng)速率恒為正值 2. 按不同組分計算的反應(yīng)速率數(shù)值上不等，因此按不同組分計算的反應(yīng)速率數(shù)值上不等，因此一定要注明反應(yīng)速率是按哪一個組分計算的一定要注明反應(yīng)速率是按哪一個組分計算的此式并非反應(yīng)速率定義式，只是在間歇反應(yīng)系統(tǒng)中的表達(dá)方式RBARBAdndndn:不同反應(yīng)組分反應(yīng)速率之間關(guān)系不同反應(yīng)組分反應(yīng)速率之間關(guān)系 及反應(yīng)速率普遍定義式及反應(yīng)速率普遍定義式RBARBArrr: )( : )(r

23、RrrrRBBAA常數(shù)dtdnVrii1dtdVr1反應(yīng)速率普遍表達(dá)式反應(yīng)速率普遍表達(dá)式反應(yīng)速率的幾種表示形式反應(yīng)速率的幾種表示形式dtdVVcdtdcdtVcdVrAAAA)(1dtdcrAA恒容過程恒容過程間歇反應(yīng)器主要用于液相反應(yīng)，體積變化可忽略，視為恒容。VrFA0MdVrFAFA-dFAFA流流動動體體系系rAAdVdFr多相反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)速率表示形式多相反應(yīng)系統(tǒng)反應(yīng)速率表示形式以相界面積定義反應(yīng)速率dWdFrAA 以催化劑重量定義反應(yīng)速率AbAVArrar 對于采用固體催化劑的反應(yīng)dadFrAA例題2.1 在在350度等溫恒容下純丁二烯進(jìn)行二聚反應(yīng)，測度等溫恒容下純丁二烯進(jìn)行二聚反應(yīng)

24、，測得反應(yīng)系統(tǒng)總壓得反應(yīng)系統(tǒng)總壓 p 與反應(yīng)時間與反應(yīng)時間 t 的關(guān)系如下：的關(guān)系如下： t/min 0 6 12 26 38 60 p/kPa 66.7 62.3 58.9 53.5 50.4 46.7 試求時間為試求時間為26min時的反應(yīng)速率。時的反應(yīng)速率。解： 2.2 反應(yīng)速率方程反應(yīng)速率方程理想氣體例題例題2.1圖解法2.2 反應(yīng)速率方程反應(yīng)速率方程影響因素溫度濃度壓力溶劑催化劑固定固定速率方程或動力學(xué)方程定量描述反應(yīng)速率和溫度定量描述反應(yīng)速率和溫度及濃度的關(guān)系及濃度的關(guān)系式式 反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法1 基元反應(yīng)2 非基元反應(yīng)BABAAckcrRvBvAvRBA

25、質(zhì)量作用定律 反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法例如對于反應(yīng) 反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法機(jī)理1：機(jī)理2：機(jī)理機(jī)理速率方程速率方程速率方程速率方程機(jī)理機(jī)理？ 機(jī)理未明反應(yīng)機(jī)理未明反應(yīng)反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法3、反應(yīng)機(jī)理未知反應(yīng)機(jī)理未知冪函數(shù)形速率方程可逆反應(yīng)正逆反應(yīng)速率常數(shù)及反應(yīng)級數(shù)之間的關(guān)系？ 機(jī)理未明可逆反應(yīng)機(jī)理未明可逆反應(yīng)反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法對于反應(yīng)對于反應(yīng) 機(jī)理未明反應(yīng)機(jī)理未明反應(yīng)反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法根據(jù)熱力學(xué)分析，反應(yīng)達(dá)到平衡時：例如針對于此反應(yīng)機(jī)理化學(xué)計量系數(shù)為 2 反應(yīng)速率方程的確定方法

26、反應(yīng)速率方程的確定方法 反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法實驗測得不同時刻醋酸轉(zhuǎn)化量如下表實驗測得不同時刻醋酸轉(zhuǎn)化量如下表 反應(yīng)速率方程的確定方法反應(yīng)速率方程的確定方法解： 因為丁醇大大過量，因此在此反應(yīng)條件下可不考慮 丁醇濃度的影響，同時不考慮逆反應(yīng)，則可假設(shè)：ktAoAeCC圖解法參數(shù)擬合法圖解法參數(shù)擬合法 2.3 溫度對反應(yīng)速率的影響溫度對反應(yīng)速率的影響氣相反應(yīng)理想氣體 正逆反應(yīng)活化能的關(guān)系正逆反應(yīng)活化能的關(guān)系等壓反應(yīng)Vant Hoff 方程Relationship?可逆反應(yīng) 正逆反應(yīng)活化能的關(guān)系正逆反應(yīng)活化能的關(guān)系 溫度對可逆反應(yīng)速率的影響溫度對可逆反應(yīng)速率的影響可逆反應(yīng) 溫

27、度對可逆反應(yīng)速率的影響溫度對可逆反應(yīng)速率的影響 溫度對可逆反應(yīng)速率的影響溫度對可逆反應(yīng)速率的影響溫度低溫度高最佳溫度 可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度0反應(yīng)達(dá)到平衡時 可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例求可逆放熱反應(yīng)在不同反應(yīng)條件下的最佳反應(yīng)溫度已知：可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例解: (1) 混合氣的組成為：可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例可逆放熱反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度確定實例（2）（3）2.4 復(fù)合反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)反應(yīng)中任何一個反應(yīng)都不可能由其他反應(yīng)經(jīng)過

28、線性組合而得到例如：（2）（1）（3）（1）（3）（2）獨立反應(yīng)數(shù)為2復(fù)合反應(yīng)體系獨立方程數(shù)的確定方法復(fù)合反應(yīng)體系獨立方程數(shù)的確定方法復(fù)合反應(yīng)的基本類型復(fù)合反應(yīng)的基本類型各個反應(yīng)獨立進(jìn)行，互相不影響但變?nèi)莘磻?yīng)過程速率會受一定影響A的反應(yīng)速率P的瞬時選擇性：復(fù)合反應(yīng)的基本類型復(fù)合反應(yīng)的基本類型ACSACS濃度高有利于反應(yīng)級數(shù)大的反應(yīng)S與溫度T無關(guān)TS TS溫度升高有利于活化能大的反應(yīng)復(fù)合反應(yīng)的基本類型復(fù)合反應(yīng)的基本類型瞬時選擇性綜合選擇性綜合收率AXAASdXXSY00復(fù)合反應(yīng)的基本類型復(fù)合反應(yīng)的基本類型例如：422222ONNOONO連串反應(yīng)中各組分濃度隨時間變化2.4.3 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)實

29、際的反應(yīng)體系中既有連串反應(yīng)，又有平行反應(yīng)，往往構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，因此稱之為反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)例如：萘氧化反應(yīng)反應(yīng)體系的簡化方法主要取決于反應(yīng)物系的特性針對于反應(yīng)組分十分復(fù)雜的物系，一般是將性質(zhì)相近的物質(zhì)合并為一種虛擬物質(zhì)進(jìn)行對待：例如催化裂化反應(yīng)：2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)過程中經(jīng)常伴隨著反應(yīng)體積的變化，對此體系濃度的變化對反應(yīng)速率的影響如何處理？2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積

30、分*根據(jù)上述兩式就可以對方程進(jìn)行積分，得出轉(zhuǎn)化率隨時間的變化普遍化的濃度、分壓、摩爾分率表達(dá)式（變?nèi)菹到y(tǒng)）2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分例如：針對氣相反應(yīng) ABP11/12.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分)(BXfrB2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分解：)(BXfrB2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分獨立反應(yīng)數(shù)為M2.5 反應(yīng)速率方程的變換與積分反應(yīng)速率方程的變換與積分2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附催化劑的作用：改變化學(xué)反應(yīng)的速度（提高主反應(yīng)速率、改善反應(yīng)選擇性）例如：2.6 多項催化與吸附多項

31、催化與吸附多相催化反應(yīng)反應(yīng)物的吸附表面反應(yīng)產(chǎn)物的脫附例如多相催化反應(yīng)2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附 十分 重要2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附 單分子吸附2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附 雙分子吸附 多分子吸附2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附 解離吸附平衡時2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附(考慮到吸附表面吸附的不均勻性的模型)daEEq2.6 多項催化與吸附多項催化與吸附另外一種吸附等溫式：0, 0AAp1可能大于A2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)1.例如：反應(yīng)2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)2. 速率控速率控制制 步驟并非步驟并非 一成不變一成不

32、變其他各步近似認(rèn)為達(dá)到平衡2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率由表面反應(yīng)速率決定其他各步達(dá)到平衡活性位分率歸一性2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)其中：2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率由A吸附凈速率決定其他各步達(dá)到平衡活性位分率歸一性2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率由R脫附凈速率決定其他各步達(dá)到平衡活性位分率歸一性BAPRBBAAPRBAppKKPKpKKpppk1)/(2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)2.7 多項催化反應(yīng)動力學(xué)多項催化反應(yīng)動力學(xué)2.8 動力學(xué)參數(shù)的確定動力

33、學(xué)參數(shù)的確定吸附平衡常數(shù)（吸附熱和指前因子）反應(yīng)速率常數(shù)（活化能和指前因子)反應(yīng)因子2.8 動力學(xué)參數(shù)的確定動力學(xué)參數(shù)的確定2.8 動力學(xué)參數(shù)的確定動力學(xué)參數(shù)的確定例題：29 ， 2102.8 建立速率方程的步驟建立速率方程的步驟（1）設(shè)想各種反應(yīng)機(jī)理，導(dǎo)出不同的速率方程（2）進(jìn)行反應(yīng)動力學(xué)實驗，測定所需的動力學(xué)數(shù)據(jù)（3）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對可能的速率方程進(jìn)行篩選 和參數(shù)估值，確定合適的速率方程*反應(yīng)級數(shù)不能大于3，反應(yīng)速率常數(shù)和吸附平衡常數(shù) 不能為負(fù)*速率方程形式力求簡單，不求普遍，實驗過程中注意 消除擴(kuò)散影響w第三章第三章 釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器天津大學(xué)化工學(xué)院反應(yīng)工程教研組第三章：釜式反應(yīng)器特征

34、：反應(yīng)器內(nèi)各處溫度特征：反應(yīng)器內(nèi)各處溫度和濃度均一且與出口一致和濃度均一且與出口一致3.1釜式反應(yīng)器的物料衡算式連續(xù)釜式反應(yīng)器間歇釜式反應(yīng)器代代數(shù)數(shù)方方程程微微分分方方程程3.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算單一反應(yīng)單一反應(yīng)3.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算反應(yīng)時間 t輔助時間 t0反應(yīng)體積反應(yīng)器體積對于反應(yīng)產(chǎn)量以單位時間內(nèi)產(chǎn)量最大為優(yōu)化目標(biāo)3.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算3.2等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算圖解法求解3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)）A物料衡算P物料衡算3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)）多個平行反應(yīng)3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)）解：解：t=3hCA0=2kmol/m

35、33.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)）積分3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（連串反應(yīng)）3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（連串反應(yīng)）以目的產(chǎn)物P的收率最大為優(yōu)化目標(biāo)可得最佳反應(yīng)時間反應(yīng)時間3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（連串反應(yīng)）例例3.3 在間歇釜式反應(yīng)器中等溫下進(jìn)行下列反應(yīng)在間歇釜式反應(yīng)器中等溫下進(jìn)行下列反應(yīng)NH3 + CH3OH CH3NH2 + H2Ok1(A)(M)(B)CH3NH2 + CH3OH (CH3)2NH + H2Ok2(B)(M)MAcckr11MB22cckr k2/k1=0.68,計算一甲胺的最大收率和與其相計算一甲胺的最大收率和與其相應(yīng)的氨轉(zhuǎn)化率。應(yīng)的氨轉(zhuǎn)化率。(

36、A)(B)3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（連串反應(yīng)）解：氨的轉(zhuǎn)化速率為解：氨的轉(zhuǎn)化速率為MAAAcckdtdcr11)(R一甲胺的生成速率為一甲胺的生成速率為MBMABBcckcckdtdcrr2121R 112ABABcckkdcdcBABAAAYccXcc00 ),1 ()1 (112ABABXkYkdXdY0 , 0BAYXIC: )1 ()1(/1112/12AkkABXXkkY3.3等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算（連串反應(yīng)）當(dāng)YBYBmax時0ABdXdY )1 ()1(/1112/12AkkABXXkkY)1/(12112)/(1kkAkkX7004. 0)68. 0/1 (1)168.

37、 0/(1AXk2/k1=0.684406. 07004. 01 ()7004. 0168. 01168. 0max,BY實際上第二個反應(yīng)生成的二甲胺還可和甲醇反應(yīng)實際上第二個反應(yīng)生成的二甲胺還可和甲醇反應(yīng)生成三甲胺，若考慮這個反應(yīng)，對上述一甲胺的生成三甲胺，若考慮這個反應(yīng)，對上述一甲胺的最大收率是否有影響，試分析原因？最大收率是否有影響，試分析原因？3.4連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積對穩(wěn)態(tài)操作，有：對穩(wěn)態(tài)操作，有：0dtdni 單一反應(yīng)AAArrccQV)(00)()(000AfAAfAAfAAfArXrXcXrXcQV 等溫等溫CSTR 的計算的計算 空時與空速的概念空時與空速的概念進(jìn)料體積流

38、量反應(yīng)體積0QVr空時（因次：時間）rAArVcFVQ0001空速-1:時間因次 空速的意義：單位時間單位反應(yīng)體積所處理的物料量。空速的意義：單位時間單位反應(yīng)體積所處理的物料量。 空速越大，反應(yīng)器的原料處理能力越大?？账僭酱?，反應(yīng)器的原料處理能力越大。*工業(yè)上有許多不同的空速定義，使用時注意3.4.2 等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)）等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)） 平行反平行反應(yīng)應(yīng)（主反應(yīng)）（主反應(yīng)）（副反應(yīng)）（副反應(yīng)）PAQAAPckr1AQckr2AAfArckkXcQV)(2100AprckcQV10Vr、XA、YP三者關(guān)系三者關(guān)系3.4.2 等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)

39、）等溫連續(xù)釜式反應(yīng)器的計算（復(fù)合反應(yīng)） 連串反應(yīng)連串反應(yīng)QPAkk21AAfArckXcQV100pAprckckcQV210Vr、XA、YP三者關(guān)系三者關(guān)系等溫等溫CSTR 的計算的計算例題3.4 和例題3.5 思考：針對于一正級數(shù)的反應(yīng)，如果不考慮間歇操作時的輔助時間，同時當(dāng)連續(xù)操作時的空時與間歇操作時的操作時間相等時，哪種操作的轉(zhuǎn)化率高？Why?3.5 CSTR的串聯(lián)與并的串聯(lián)與并聯(lián)聯(lián) 思考：思考： 1.用一個大反應(yīng)器好還是幾個小反應(yīng)器好？用一個大反應(yīng)器好還是幾個小反應(yīng)器好？ 2.若幾個小反應(yīng)器，是串聯(lián)好還是并聯(lián)好若幾個小反應(yīng)器，是串聯(lián)好還是并聯(lián)好 ？ 3.若幾個小反應(yīng)器，則各釜的體積是

40、多少？若幾個小反應(yīng)器，則各釜的體積是多少？3.5 CSTR的串聯(lián)與并的串聯(lián)與并聯(lián)聯(lián) 簡單分析1/(-RA）XA0XA1XA2ABDEFHK1/(-RA）XA0XA1XA2GMNEFHP正常動力學(xué)正常動力學(xué)反常動力學(xué)反常動力學(xué)CSTR反應(yīng)體積幾何圖示反應(yīng)體積幾何圖示BR正常動力學(xué)正常動力學(xué)反常動力學(xué)反常動力學(xué)反應(yīng)體積幾何圖示反應(yīng)體積幾何圖示1/(-RA）XA0XA1XA2AB1/(-RA）XA0XA1XA2GMNEFHP間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的圖示3.5 CSTR的串聯(lián)與并的串聯(lián)與并聯(lián)聯(lián) 1.正常動力學(xué)，轉(zhuǎn)化速率隨轉(zhuǎn)化率增加而降低，多釜串聯(lián) 優(yōu)于單釜操作，總反應(yīng)體積小；2.反常動力學(xué)，轉(zhuǎn)化速率隨

41、轉(zhuǎn)化率增加而增加，單釜操作 優(yōu)于多釜串聯(lián)，總反應(yīng)體積小；單釜過大，難于加工時，需要用若干小釜。對于單釜過大，難于加工時，需要用若干小釜。對于具有正常動力學(xué)的反應(yīng)采用串聯(lián)方式；反常動力具有正常動力學(xué)的反應(yīng)采用串聯(lián)方式；反常動力學(xué)，則應(yīng)各釜單獨操作，即采用并聯(lián)方式。學(xué)，則應(yīng)各釜單獨操作，即采用并聯(lián)方式。Vr1Q01XA1c1Vr2XA2c2Q02Q0cA0XAf3.5 CSTR的串聯(lián)與并的串聯(lián)與并聯(lián)聯(lián) 兩釜并聯(lián)，如何分配兩釜并聯(lián)，如何分配各釜的進(jìn)料量呢？各釜的進(jìn)料量呢？分配原則是保證各釜分配原則是保證各釜的空時相同，也就是的空時相同，也就是說各釜的出口轉(zhuǎn)化率說各釜的出口轉(zhuǎn)化率相等。這就需要各釜相等

42、。這就需要各釜的進(jìn)料量與各釜的反的進(jìn)料量與各釜的反應(yīng)體積成正比。應(yīng)體積成正比。3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算0Q0iC1rV1 iC2iC1ipC1iNCiNCipC2rVrpVrNV12pN圖圖3.7 串聯(lián)釜式反應(yīng)串聯(lián)釜式反應(yīng)器器MjKiNprvccQVPjMjijipiprp, 2 , 1, 2 , 1, 2 , 1)(10 物料衡算式：逐釜計算逐釜計算3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算1、 一級不可逆反應(yīng))1 (0AAXkcrNpXkXXQVApApAprp, 2 , 1 ,)1 ()(10各釜空時相同，且反應(yīng)溫度相同)1 ( 10ApApAprXkXXQ

43、VApApXXk1111NNpApApkXX11111NANkX1113.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算 11111NANXk單個單個CSTR空時空時 總空時總空時總反應(yīng)體積總反應(yīng)體積NtNQ0當(dāng)釜數(shù)一定，由上式即可算出達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率當(dāng)釜數(shù)一定，由上式即可算出達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率X XANAN所需的空時所需的空時，從而算出所需的反應(yīng)體積，從而算出所需的反應(yīng)體積3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算2、 二級不可逆反應(yīng)222)1 (0AAAXkckcrA)()(100ApApApApArpXXXcQV201)1 (ApAApApXkcXX01210020ApAApAApAXck

44、XckXck和和XAF已知，逐釜計算可確定已知，逐釜計算可確定釜數(shù)釜數(shù)N。N已知，則要假設(shè)已知，則要假設(shè)，逐釜計算求，逐釜計算求XAF。不符，重。不符，重新假定新假定，直到達(dá)到要求，直到達(dá)到要求。3.5.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算串聯(lián)釜式反應(yīng)器計算3、 任意反應(yīng))()(100ApApApApArpXXXcQV100AppAAppAApAXcXcXR(-RA）XA0XA1XA2MNPXA3XA4Q例題3.6 和3.7自學(xué)自學(xué)3.5.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積比比w 當(dāng)釜數(shù)及最終轉(zhuǎn)化率已規(guī)定情況下當(dāng)釜數(shù)及最終轉(zhuǎn)化率已規(guī)定情況下,為使總的為使總的反應(yīng)體積最小反應(yīng)體積

45、最小,各釜反應(yīng)體積存在以最佳比例。各釜反應(yīng)體積存在以最佳比例。ANANANApApApApApApAAAAAAArNrrrXXXXXXXXXXcQVVVVRRRRR111121210100210AprXV3.5.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積比比1, 2 , 1)(1)()(1)(11100NpXXXcQXVApApApApApApAAprRRR=0 1, 2 , 1 11111NpXXXApApApApApApRRR總反應(yīng)體積最小的必要條件3.5.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積比比對于一級不可逆反應(yīng)：)1 ()(0AAAXk

46、cR20)1 (1)(1ApAApApXkcXR 1, 2 , 1 11111NpXXXApApApApApApRRR1, 2 , 111111NPXXXXXXAPAPAPAPAPAP3.5.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積比比121 )1 ()()1 ()(010010100,N-, pXkcXXcQXkcXXcQApAApApAApAApApA1, 2 , 1,1NpVVrprp對于一級不可逆反應(yīng)而言，當(dāng)串聯(lián)各釜的體積相同時，對于一級不可逆反應(yīng)而言，當(dāng)串聯(lián)各釜的體積相同時，總反應(yīng)體積最小總反應(yīng)體積最小對于非一級不可逆反應(yīng)而言，需要采用圖解法求取，對于非一級不

47、可逆反應(yīng)而言，需要采用圖解法求取，本課程不作要求，自己根據(jù)書中介紹自學(xué)本課程不作要求，自己根據(jù)書中介紹自學(xué)3.5.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜最佳反應(yīng)體積比比結(jié)論：串聯(lián)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行結(jié)論：串聯(lián)釜式反應(yīng)器中進(jìn)行 級反應(yīng)：級反應(yīng)： 1，各釜體積依次增大，小釜在前，大釜在后。，各釜體積依次增大，小釜在前，大釜在后。 =1，各釜體積相等。，各釜體積相等。0 1，各釜體積依次減小。，各釜體積依次減小。 =0，串聯(lián)總體積等于單釜操作的體積。，串聯(lián)總體積等于單釜操作的體積。 多釜串聯(lián)多釜串聯(lián)單一單一CSTR 當(dāng)當(dāng)S隨隨XA增加而單調(diào)下降時增加而單調(diào)下降時3.6 釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)

48、的收率與選擇釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性性XASADBEF0HXAfGM當(dāng)當(dāng)S隨隨XA增加而單調(diào)上升時增加而單調(diào)上升時AfXApfBATCHSdXY0AfpfCSTRSXY達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率下的收率：間歇釜間歇釜多釜串聯(lián)多釜串聯(lián) XAm ，則，則 Vrp Vrm若：若：XAf XAm ，則，則 Vrp XAm ，則，則 Vrp Vrm若：若：XAf XAm ，則，則 Vrp Vrm管式與釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的比較管式與釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的比較此時，可以：此時，可以：釜式與管式的串聯(lián)釜式與管式的串聯(lián)AXAmXAfX0)(1ARAfX 4.4 循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器 對于單程

49、轉(zhuǎn)化率不高的情況，為提高原料的利用率，將對于單程轉(zhuǎn)化率不高的情況，為提高原料的利用率，將反應(yīng)器出口物料中的產(chǎn)品分離后再循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器入口，反應(yīng)器出口物料中的產(chǎn)品分離后再循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器入口，與新鮮原料一起進(jìn)行反應(yīng)。與新鮮原料一起進(jìn)行反應(yīng)。0Q0AcrV0AXAfXN0QQrReactorMAfXAAArdXcV?0)(?AfAfXXAAArdXcQV1)()1 (00設(shè)循環(huán)物料與新鮮原料量之比為循環(huán)比：設(shè)循環(huán)物料與新鮮原料量之比為循環(huán)比：0QQr00)1 (QQQr故故,反應(yīng)器的物料處理量為：反應(yīng)器的物料處理量為：在混合點處對在混合點處對A做物料衡算：做物料衡算：)1 ()1 ()1 (0000

50、000AAAfAAXcQXcQcQ10AfAXX化簡后得：化簡后得：用用(1)Q0 代替代替 Q0，用用 XA0代替代替 0，即，即AfAfXXAAArdXcQV1)()1 (00 循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器分析：分析：0,00AX 時結(jié)果相當(dāng)于無循環(huán)管式反應(yīng)器結(jié)果相當(dāng)于無循環(huán)管式反應(yīng)器AfAXX0時, 結(jié)果相當(dāng)于恒定轉(zhuǎn)化率下結(jié)果相當(dāng)于恒定轉(zhuǎn)化率下的操作，即的操作，即CSTR反應(yīng)器反應(yīng)器 循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器10AfAXX在實際操作中,只要 足夠大，如： 則可認(rèn)為是等濃度操作。25AfAfXXAAArdXcQV1)()1 (001 1. .管式反應(yīng)器的熱量衡算管式反應(yīng)器的熱量衡算假設(shè)：假設(shè)： 管式反

51、應(yīng)器內(nèi)流體流動符合活塞流假定；管式反應(yīng)器內(nèi)流體流動符合活塞流假定； 反應(yīng)器內(nèi)溫度分布：徑向均勻，軸向變化反應(yīng)器內(nèi)溫度分布：徑向均勻，軸向變化4.5 變溫管式反應(yīng)器變溫管式反應(yīng)器取微元體積取微元體積dVr作為控制體積，作為控制體積，衡算依據(jù)為熱力學(xué)第一定律：衡算依據(jù)為熱力學(xué)第一定律：dqdH 24)(tptTrrAddTGcdZHdH反應(yīng)熱反應(yīng)熱溫變熱溫變熱G為流體為流體的質(zhì)量速的質(zhì)量速度度GA=Q0()CtdqU TTd dZ/( R )()4 ()/ptAr TrCtGc dTdZHU TTd 故有：此即管式反應(yīng)器軸向溫度分布方程此即管式反應(yīng)器軸向溫度分布方程變溫管式反應(yīng)器變溫管式反應(yīng)器1

52、1. .管式反應(yīng)器的熱量衡算管式反應(yīng)器的熱量衡算令令wA0為組分為組分A的初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)，的初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)，MA為為A的相對分子量的相對分子量,則：則：0( R )AAAAGwdXMdZ )(4)(0TTdUdZdXMHGwdZdTGcCtAATrrApt管式反應(yīng)器中反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式管式反應(yīng)器中反應(yīng)溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系式 若絕熱操作，則若絕熱操作，則0)(4CtTTdUAptATrrAdXcMHwdT)(0變溫管式反應(yīng)器變溫管式反應(yīng)器2.2.絕熱管式反應(yīng)器絕熱管式反應(yīng)器 得得AptATrrAXcMHwTT)(00AXTT0ptATrAcMHwr00rArTptCHcptATrAcMHwr00

53、00rArTAptQwHQM cFA000rArTptFHQcCA00rArTptCHc等溫反應(yīng)，等溫反應(yīng)，T=T0；放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)，TT0；吸熱反應(yīng)，吸熱反應(yīng)， TT0吸熱反應(yīng)，較高的進(jìn)料吸熱反應(yīng)，較高的進(jìn)料溫度有利；溫度有利；放熱反應(yīng)，較低的進(jìn)料放熱反應(yīng)，較低的進(jìn)料溫度有利。溫度有利。變溫管式反應(yīng)器變溫管式反應(yīng)器XA 和和 T的關(guān)系圖的關(guān)系圖吸熱反吸熱反應(yīng)應(yīng)等溫反等溫反應(yīng)應(yīng)放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)TXA2.2.絕熱管式反應(yīng)器絕熱管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度曲線平衡曲線XAfTTA TB TCXA可逆放熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系變溫管式反應(yīng)器變溫管式反應(yīng)器2.2.絕熱管式反應(yīng)器絕熱管式反應(yīng)器本章內(nèi)容本章內(nèi)

54、容 停留時間分布停留時間分布 停留時間分布的實驗停留時間分布的實驗 停留時間分布的統(tǒng)計特征值停留時間分布的統(tǒng)計特征值 理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留時間分布 非理想流動現(xiàn)象非理想流動現(xiàn)象 非理想流動模型和非理想反應(yīng)器非理想流動模型和非理想反應(yīng)器的計算的計算1.基本概念基本概念 閉式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)口進(jìn)口出口出口 停留時間分布停留時間分布 年齡分布：對存留在系統(tǒng)的粒子而言，從年齡分布：對存留在系統(tǒng)的粒子而言，從進(jìn)入系統(tǒng)算起在系統(tǒng)中停留的時間。進(jìn)入系統(tǒng)算起在系統(tǒng)中停留的時間。 壽命分布：流體粒子從進(jìn)入系統(tǒng)起到離開壽命分布：流體粒子從進(jìn)入系統(tǒng)起到離開系統(tǒng)止，在系統(tǒng)內(nèi)停留的時間。系統(tǒng)止

55、，在系統(tǒng)內(nèi)停留的時間。 停留時間分布理論的應(yīng)用停留時間分布理論的應(yīng)用 對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行工況分析對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行工況分析 建立合適的流動模型，進(jìn)行非理想反應(yīng)器的計算建立合適的流動模型，進(jìn)行非理想反應(yīng)器的計算停留時間分布停留時間分布停留時間分布密度函數(shù)停留時間分布密度函數(shù)E (t)E(t) = 0 t 0E(t) 0 t001)( dttE歸一化條件停留時間分布停留時間分布2.停留時間分布的定量描述停留時間分布的定量描述tdttEtF0)()(dttdFtE)()()()()()()()()(tFFtEtddttEEdEdttEttQVtr封閉系統(tǒng)，常數(shù)停留時間分布函數(shù)停留時間分布函數(shù)F (t)停留時

56、間分布停留時間分布2.停留時間分布的定量描述停留時間分布的定量描述 脈沖法脈沖法 階躍法階躍法 周期輸入法周期輸入法 升階法升階法降階法降階法停留時間分布的測定停留時間分布的測定1. 實驗方法概述實驗方法概述脈沖法脈沖法： 簡單、示蹤劑用量少，簡單、示蹤劑用量少，可直接測出停留時間分可直接測出停留時間分布密度函數(shù)；布密度函數(shù)； 要求輸入理想脈沖。要求輸入理想脈沖。階躍法階躍法 操作容易；操作容易； 示蹤劑用量大，直接示蹤劑用量大，直接測出的是停留時間分布測出的是停留時間分布函數(shù)。函數(shù)。2. 脈沖法脈沖法輸入曲線輸入曲線響應(yīng)（輸出）曲線響應(yīng)（輸出）曲線c0(t)停留時間分布的測定停留時間分布的測

57、定 dttcQdttEm0)()()(dttctctEmtQctE)()(0)( dttQcmm 為示為示蹤劑的加蹤劑的加入量入量停留時間分布的測定停留時間分布的測定3. 升階法升階法主流體主流體Q0Q系系 統(tǒng)統(tǒng)檢測器含示蹤劑的流含示蹤劑的流體（體（C() ）c()c0(t)tt=00輸入曲線輸入曲線c()c(t)t0響應(yīng)曲線響應(yīng)曲線 tcQtFcQ)()()(ctctF)0()()(1ctctF停留時間分布的測定停留時間分布的測定4. 降階法降階法主流體主流體QQ系系 統(tǒng)統(tǒng)檢測器含示蹤劑的流含示蹤劑的流體（體（C(0) ） tcQtFcQ100c(0)c0(t)tt=0輸入曲線輸入曲線0c(

58、0)c(t)t響應(yīng)曲線響應(yīng)曲線000)()()(dtttEdttEdtttEt停留時間分布的統(tǒng)計特征值停留時間分布的統(tǒng)計特征值220220()( ) ( )tttE t dtt E t dtt1. 平均停留時平均停留時間間2. 方差方差00)()(dttcdtttct22200( )( )tt c t dtc t dtt脈沖法脈沖法 dtctctT00 2020)(2tdtcttcTt降階法降階法 01Tc ttdtc 22021Ttc ttdttc升階法升階法1. 活塞流模型活塞流模型) t - (=) E(tt)( , 1)( , 0)(tttttF理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留

59、時間分布)(tt t = 0tE(t)tt )(t0)(tF1.0tt01|) 1(10d01|1) 1(102022d2. 全混流模型全混流模型/1)(tetE/1)(tetF理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留時間分布01de02211de存在滯流區(qū)存在滯流區(qū)非理想流動現(xiàn)象非理想流動現(xiàn)象存在溝流存在溝流理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留時間分布存在短路存在短路理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留時間分布層流反應(yīng)器層流反應(yīng)器5 . 0, 0)(E5 . 0,21)(2E理想反應(yīng)器的停留時間分布理想反應(yīng)器的停留時間分布非理想流動模型和非理想反應(yīng)器的計算非理想流動模型和非理想反應(yīng)器

60、的計算1. 概述概述 建模的要求：建模的要求：等效性（能夠正確反映模擬等效性（能夠正確反映模擬對象的物理實質(zhì)）；對象的物理實質(zhì)）；合理簡化便于數(shù)學(xué)處理（模合理簡化便于數(shù)學(xué)處理（模型參數(shù)不應(yīng)超過兩個）型參數(shù)不應(yīng)超過兩個） 建模的依據(jù)：建模的依據(jù)：反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布 常用技巧：常用技巧：對理想模型進(jìn)行修正，對理想模型進(jìn)行修正，或?qū)⒗硐肓鲃幽Ｐ团c滯或?qū)⒗硐肓鲃幽Ｐ团c滯流區(qū)、短路和溝流等作流區(qū)、短路和溝流等作不同組合不同組合 常用的非理想流動模型：常用的非理想流動模型：離析流模型，多釜串聯(lián)模型；離析流模型，多釜串聯(lián)模型；軸向擴(kuò)散模型軸向擴(kuò)散模型非理想流動模型和非理想反應(yīng)器的計算非理想流動模型和非