第四章反應(yīng)器中的混合及對(duì)反應(yīng)的影響

第四章反應(yīng)器中的混合及對(duì)反應(yīng)的影響第1頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)連續(xù)反應(yīng)器中物料混合狀態(tài)分析第二節(jié)停留時(shí)間分布第三節(jié)非理想流動(dòng)模型第四節(jié)非理想流動(dòng)反應(yīng)器的計(jì)算

本章內(nèi)容第2頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三掌握停留時(shí)間分布的計(jì)算和分析掌握理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布了解造成反應(yīng)器非理想的原因了解反應(yīng)器的非理想流動(dòng)模型了解流體的混合特性，包括微觀混合特性和宏觀混合特性基本要求：重點(diǎn)：停留時(shí)間分布和理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布第3頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三理想反應(yīng)器的流動(dòng)模式----平推流和全混流間歇釜全混釜u=const平推流

理想的平推流和間歇釜停留時(shí)間均一，無返混。全混釜反應(yīng)器的返混最大，出口物料停留時(shí)間分布與釜內(nèi)物料的停留時(shí)間分布相同。第4頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)際反應(yīng)器流動(dòng)形式的復(fù)雜性

u溝流回流存在速度分布存在死區(qū)和短路現(xiàn)象存在溝流和回流偏離理想流動(dòng)模式，反應(yīng)結(jié)果與理想反應(yīng)器的計(jì)算值具有較大的差異。

DeadzoneShortcircuiting第5頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三影響反應(yīng)結(jié)果的三大要素：停留時(shí)間分布（RTD）凝集態(tài)早混或遲混RTD對(duì)反應(yīng)的影響實(shí)際停留時(shí)間ti不盡相同，轉(zhuǎn)化率x1,x2,…,x5亦不相同。出口轉(zhuǎn)化率應(yīng)為各個(gè)質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)化率的平均值，即InjectionDetection第6頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三聚集態(tài)的影響理想反應(yīng)器假定混合為分子尺度，實(shí)際工程難以達(dá)到，如結(jié)團(tuán)彌散兩種體系的反應(yīng)程度顯然應(yīng)該是不同的。工程中，盡量改善體系的分散尺度，以達(dá)到最有效的混合，從而改善反應(yīng)效果。

鼓泡氣體液體噴霧第7頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三混合遲早度的影響早混晚混即使兩反應(yīng)體系的空時(shí)相同，由于反應(yīng)混合的遲早不同，反應(yīng)結(jié)果也不相同。第8頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三1、按混合對(duì)象的年齡分：（1）同齡混合：相同年齡物料之間的混合BSTR，PFR（2）返混：不同年齡物料之間的混合CSTR，MCSTR在實(shí)際工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)，兩者并存！第一節(jié)連續(xù)反應(yīng)器中物料混合狀態(tài)分析？徑向混合均勻一、混合現(xiàn)象的類型第9頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三2、按混合尺度的大小來分（1）宏觀混合：設(shè)備尺度上的混合設(shè)備空間內(nèi)的分散程度（2）微觀混合：物料微團(tuán)尺度上的混合物料粒子內(nèi)的均勻程度——分子擴(kuò)散宏觀空間物料粒子（流體質(zhì)點(diǎn)）第10頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三3、實(shí)際工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)物料粒子的混合特點(diǎn)（1）既存在混合也存在返混；（2）無軌跡可循；（4）只具統(tǒng)計(jì)規(guī)律（3）停留時(shí)間各不相同；——可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果。第11頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三二、連續(xù)反應(yīng)過程的考察方法1、以反應(yīng)器為對(duì)象的考察方法如CSTR，因攪拌均勻。不能跟蹤到物料的變換情況。2、以單個(gè)分子為對(duì)象的考察方法只存在兩種狀態(tài)——反應(yīng)物或產(chǎn)物（反應(yīng)物）（產(chǎn)物）不存在選擇率問題第12頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三3、以物料微團(tuán)為對(duì)象的考察方法包含的分子數(shù)足以具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)與單個(gè)分子相比是一個(gè)很大的分子集團(tuán)與宏觀顆粒相比是一個(gè)微不足道的粒子使?jié)舛?、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、選擇率等參量具有統(tǒng)計(jì)平均意義如微團(tuán)內(nèi)反應(yīng)速率可表達(dá)為：第13頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)停留時(shí)間分布一、停留時(shí)間分布的定義停留時(shí)間——物料微團(tuán)從反應(yīng)器入口算起，在反應(yīng)器內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間。年齡——物料微團(tuán)在反應(yīng)器內(nèi)所經(jīng)歷的停留時(shí)間。壽命——物料微團(tuán)從反應(yīng)器進(jìn)口開始算起到從出口流出為止，在反應(yīng)器內(nèi)所經(jīng)歷的停留時(shí)間。第14頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三1、停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)

在定常態(tài)連續(xù)系統(tǒng)中，同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的N個(gè)物料粒子中，停留時(shí)間介于t與t+dt間的粒子數(shù)為dN，那么，其所占的分率dN/N＝E(t)dt，其中的E(t)即為停留時(shí)間分布密度函數(shù)。E(t)具有歸一化性質(zhì)第15頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三2、停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)

在定常態(tài)連續(xù)系統(tǒng)中，同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的N個(gè)物料粒子中，停留時(shí)間小于t的流體粒子占粒子總數(shù)的分率即為停留時(shí)間分布函數(shù)，用F(t)表示。第16頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三E(t)與F(t)的關(guān)系：

第17頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三停留時(shí)間分布表征了發(fā)生在化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)物料混合的特性。

E(t)是指出口處物料的停留時(shí)間分布密度在分析反應(yīng)器特性時(shí)，E(t)是最有用的參數(shù)，它描述了反應(yīng)物流參與化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)短第18頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三二、停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定測(cè)定技術(shù)用一定的方法將示蹤劑加到反應(yīng)器進(jìn)口，然后在反應(yīng)器出口物料中檢驗(yàn)示蹤劑信號(hào)，以獲得示蹤劑在反應(yīng)器中停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。選擇示蹤劑的原則1、不與主流體反應(yīng)；2、物理性質(zhì)相近；3、有別于主流體的可測(cè)性；4、多相檢測(cè)不發(fā)生相轉(zhuǎn)移；5、易于轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、電信?hào)。第19頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三1、階躍法三通紅墨水桶清水桶接水桶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（1）切換后接水桶顏色變成淡紅色（2）隨著時(shí)間的延長(zhǎng)接水桶顏色不斷加深（3）最后接水桶和紅墨水桶顏色一致第20頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三

階躍法是當(dāng)設(shè)備內(nèi)流體達(dá)到定態(tài)流動(dòng)后，自某瞬間起連續(xù)加入某種示蹤物質(zhì)，然后分析出口流體中示蹤物料的濃度隨時(shí)間的變化以確定停留時(shí)間分布。系統(tǒng)流體含示蹤劑流體檢測(cè)示蹤劑第21頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三階躍法進(jìn)出口信號(hào)特征曲線在切換時(shí)做到：出口示蹤劑最大濃度：c(t)=c(∞)=c0短與快，不留痕跡輸入信息應(yīng)答信息第22頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三1、當(dāng)時(shí)間t=0時(shí)，出口c(t)=0的含義是什么？思考題：2、當(dāng)時(shí)間t=t時(shí)，出口c(t)的含義是什么？3、當(dāng)時(shí)間t=∞時(shí)，出口c(∞)=c0的含義是什么？出口物料中沒有停留時(shí)間為0的物料粒子。停留時(shí)間小于t的物料粒子已全部流出。只要停留時(shí)間無限長(zhǎng)，切換前存于反應(yīng)器內(nèi)的初始物料粒子將全部被含示蹤劑的物料所置換。第23頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)進(jìn)出口示蹤劑進(jìn)行物料衡算階躍法中示蹤劑的輸入量不隨時(shí)間變化：假設(shè)：其中停留時(shí)間小于t的物料粒子有：又因?yàn)楫?dāng)t=t時(shí)，停留時(shí)間小于t的物料粒子將全部從反應(yīng)器的出口流出：停留時(shí)間小于t的物料粒子占總粒子數(shù)中的分率∴第24頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（1）用于直接測(cè)定停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)；（2）經(jīng)無限長(zhǎng)時(shí)間后，意義和特點(diǎn)：76第25頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例:測(cè)定某一反應(yīng)器停留時(shí)間分布規(guī)律，采用階躍示蹤法，輸入的示蹤劑濃度，在出口處測(cè)定響應(yīng)曲線如下表所示時(shí)間(s)出口示蹤劑濃度(g/L)0，15，25，35，45，55，65，75，85，9500.51.02.04.05.56.57.07.77.7求在此條件下F(t)和E(t)的值。第26頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三根據(jù)解：第27頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第28頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三2、脈沖法使物料以穩(wěn)定的流量V通過反應(yīng)器，然后在某個(gè)時(shí)刻（t=0時(shí)），注入一定量的示蹤劑，并保持混合物的流量不變，同時(shí)在出口流中測(cè)定示蹤劑濃度c(t)隨時(shí)間t的變化情況。示蹤劑不宜多以免引起原體積流量的變化第30頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三脈沖法進(jìn)出口信號(hào)特征曲線脈沖注入出口應(yīng)答注射的時(shí)間越短越好第31頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三脈沖輸入的數(shù)學(xué)描述為，在反應(yīng)器入口：脈沖注入出口應(yīng)答第32頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)示蹤劑作物料衡算設(shè)：注入示蹤劑的總量為：出口處濃度隨時(shí)間變化為則：在示蹤劑注入后時(shí)間間隔內(nèi)，流出的示蹤劑量為：流出的示蹤劑量占總示蹤劑量的分率：第33頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三若在注入示蹤劑的同時(shí)，流入反應(yīng)器的物料量為N，在注入示蹤劑后的時(shí)間間隔內(nèi)，流出物料量為dN，則在此時(shí)間間隔內(nèi)，流出的物料占進(jìn)料的分率為：第34頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三兩者的停留時(shí)間分布相等只要測(cè)得V，M和c(t)，即可得物料質(zhì)點(diǎn)的分布密度。第35頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三由于M=Vc0Δt0，c0及Δt0難以準(zhǔn)確測(cè)量，故示蹤劑的總量可用出口所有物料的加和表示：因此，利用脈沖法可以很方便的測(cè)出停留時(shí)間分布密度。第36頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三離散性數(shù)據(jù)：第37頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例：在穩(wěn)定操作的連續(xù)攪拌式反應(yīng)器的進(jìn)料中注入染料液（M∞=50g）測(cè)出出口液中示蹤劑濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如下表t(s)c(t)(g/m3)0，120，240，360，480，600，720，840，860，10800，6.5，12.5，12.5，10，5.0，2.5，1.0，0.0，0.0請(qǐng)確定系統(tǒng)的F(t)和E(t)。第38頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是離散型的，所以用求和方式計(jì)算M∞（有效時(shí)間間隔）（1）根據(jù)第39頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得：根據(jù)F(t)和E(t)關(guān)系求F(t)：第40頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三其中：由脈沖法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算停留時(shí)間分布函數(shù)值。第41頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三t(s)0，120，240，360，480，600，720，840，860，1080F(t)0，6.512.512.5，10，5.0，2.5，1.0，0.0，0.0c(t)(g/m3)0，6.519.531.541.546.549.050.050.050.00，0.130.380.630.830.930.981.001.001.00第42頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三求F(t)的另一種方法:第43頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三脈沖法階躍法示蹤劑注入方法在原有的流股中加入示蹤劑，不改變?cè)鞴闪髁繉⒃辛鞴蓳Q成流量與其相同的示蹤劑流股E(t)F(t)兩種實(shí)驗(yàn)方法的比較第44頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三三、停留時(shí)間分布的數(shù)字特征1、數(shù)學(xué)期望2、方差統(tǒng)計(jì)特征值所有微團(tuán)停留時(shí)間的“加權(quán)平均值”——統(tǒng)計(jì)平均值—離散度各個(gè)物料微團(tuán)停留時(shí)間與平均停時(shí)間的差的平方的加權(quán)平均值。第45頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三討論1、數(shù)學(xué)期望與平均停留時(shí)間的聯(lián)系與區(qū)別（1）兩者在意義上不同：——整個(gè)物料在設(shè)備內(nèi)的平均停留時(shí)間?！鱾€(gè)物料微團(tuán)的平均停留時(shí)間。考察對(duì)象的范圍不同（總體平均值）（統(tǒng)計(jì)平均值）第46頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（2）兩者在數(shù)值上相等，即因?yàn)榱餍椭桓淖兾锪狭Ｗ拥耐Ａ魰r(shí)間分布，不改變平均停留時(shí)間：不管設(shè)備內(nèi)流型怎樣，也不管個(gè)別粒子的停留時(shí)間如何，只要物料體積流量V和反應(yīng)器體積VR的比值相同。第47頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三討論2、數(shù)學(xué)期望的運(yùn)算可以用分布函數(shù)F(t)運(yùn)算可以用分布密度函數(shù)E(t)的歸一性化簡(jiǎn)第48頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)于離散型測(cè)定值，可以用加和代替積分值若時(shí)間區(qū)段劃分均勻，則第49頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三討論3、方差的運(yùn)算可以用分布密度函數(shù)E(t)的歸一性化簡(jiǎn)第50頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三如果是離散型數(shù)據(jù)，將積分改為加和：（區(qū)段劃分均勻）第51頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三討論4、對(duì)比時(shí)間（1）對(duì)比時(shí)間的定義：（2）對(duì)比時(shí)間的意義：結(jié)果受到局限，若用無因次時(shí)間表達(dá)，可消除這種局限性的存在。第52頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（3）無因次分布函數(shù)的表達(dá)（因分布函數(shù)與時(shí)間單位無關(guān)）第53頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三用θ表示的方差的推演第54頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第55頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)于平推流反應(yīng)器：對(duì)于全混流反應(yīng)器：從反應(yīng)器停留時(shí)間分布測(cè)定中求得無因次方差反應(yīng)器可視為：反應(yīng)器可視為：全混流平推流第56頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例：達(dá)到定態(tài)操作的反應(yīng)器進(jìn)口物料中，用脈沖法注入有色染料，于出口用比色法測(cè)定有色示蹤物濃度隨時(shí)間的變化，見下表。設(shè)過程中物料密度不變，試確定物料的平均停留時(shí)間與停留時(shí)間分布函數(shù)，并計(jì)算方差。t(s)01202403604806007208409601080C(t)(g/m3)06.512.512.5105.02.51.00.00.0第57頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）求平均停留時(shí)間第58頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（2）求分布函數(shù)（前面已計(jì)算）（3）求方差第59頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第60頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三四、理想流動(dòng)模型的停留時(shí)間分布1、平推流流動(dòng)：tc0(t)階躍法輸入tt=tmF(t)=c(t)/c0(t)t=0應(yīng)答曲線第61頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三tc0(t)tt=tmE(t)=c(t)/c0(t)t=0脈沖法輸入應(yīng)答曲線第62頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三所有物料質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間都相同，且等于整個(gè)物料的平均停留時(shí)間tm，停留時(shí)間分布函數(shù)與分布密度為：由方差定義，第63頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三2、全混流流動(dòng)：

假設(shè)階躍法連續(xù)進(jìn)入全混流反應(yīng)器流體中的示蹤劑的濃度為c0，反應(yīng)器出口流體中示蹤劑濃度為c，流體的體積流量為V，對(duì)反應(yīng)器作示蹤劑的物料衡算：進(jìn)入的示蹤劑量=流出的示蹤劑量+示蹤劑的積累量第64頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三積分式：第65頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例：某全混流反應(yīng)器體積為100L，物料流率為1L/s，試求在反應(yīng)器中停留時(shí)間為(1)90~110s，(2)0~100s，(3)>100s的物料在總進(jìn)料中所占的比例。解：全混流反應(yīng)器：停留時(shí)間在90~110s的物料占總進(jìn)料的0.667-0.593=0.074=7.4%。（1）第66頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（2）（3）停留時(shí)間小于100s的物料占總進(jìn)料的63.2%。停留時(shí)間大于100s的物料占總進(jìn)料的36.8%。第67頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例：現(xiàn)有一個(gè)停留時(shí)間相同的全混釜和平推流反應(yīng)器,當(dāng)二者以不同的方式進(jìn)行串聯(lián)時(shí)，其各自的最終轉(zhuǎn)化率為多少？已知：停留時(shí)間為1min，反應(yīng)速率常數(shù)為1.0m3/kmol.min,液相反應(yīng)物濃度為1kmol/m解：全混釜在前，平推流在后全混釜停留1min后反應(yīng)物的濃度：第68頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三反應(yīng)物濃度為cA1后進(jìn)入平推流在平推流停留1min后反應(yīng)物的濃度：平推流在前停留1min后反應(yīng)物的濃度：第69頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三在全混釜中再停留1min后反應(yīng)物的濃度：第70頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三定量分析流動(dòng)狀況實(shí)際反應(yīng)器中可能存在短路與死角，使實(shí)際的平均停留時(shí)間不等于VR/V，因此可以用停留時(shí)間分布來定量估算死角與短路的程度。定性分析流動(dòng)狀況活塞流全混流五、停留時(shí)間分布的應(yīng)用第71頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例：某全混流反應(yīng)器VR=1m3，流量V=1m3/min，脈沖注入M0克示蹤劑，出口示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化為如圖所示，試判斷反應(yīng)器中有無死角存在。020406080t(s)c(t)第72頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三解：（脈沖法）兩者比較，得第73頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三平均停留時(shí)間：統(tǒng)計(jì)平均停留時(shí)間：兩者不相等，說明反應(yīng)器中有死角存在，有些物料粒子沒有流出，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)平均停留時(shí)間不等。由反應(yīng)器體積和體積流量求得：第74頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三

實(shí)際反應(yīng)器中的流動(dòng)狀況總是偏離理想流動(dòng)很難建立其真實(shí)方程可以先建立一種非理想流動(dòng)模型，用它來描述實(shí)際反應(yīng)器中的流動(dòng)情況再通過對(duì)模型參數(shù)估值來確定偏離理想流動(dòng)的具體程度常用的模型主要有：一、數(shù)學(xué)模型方法第三節(jié)非理想流動(dòng)模型第75頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三二、軸向混合模型對(duì)實(shí)際反應(yīng)器，處理時(shí)在平推流的基礎(chǔ)上迭加一個(gè)軸向混合來進(jìn)行校正。適合于不存在死角、短路和循環(huán)流、返混程度較小的非理想流動(dòng)模型。模型參數(shù)是軸向混合彌散系數(shù)EZ，停留時(shí)間分布可表示為EZ的函數(shù)?；疽c(diǎn)：第76頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三V0V0軸向流動(dòng)彌散傳質(zhì)輸入輸出積累單位面積：EZ——彌散系數(shù)建立數(shù)學(xué)模型第77頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三通常將上式寫成無因次形式第78頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（4-41）第79頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三Pe——稱為Peclet（皮克萊）準(zhǔn)數(shù)，亦稱為軸向混合模型參數(shù)，其物理意義為：討論：活塞流：全混流：①根據(jù)Pe值判斷流動(dòng)類型第80頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三②根據(jù)邊界條件，可得到方程（4-45）③根據(jù)邊界條件，求解方程（4-45）可得到示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布出口的應(yīng)答曲線第81頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（4-48）第82頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（4-49）④根據(jù)E(θ)可得到方差與的對(duì)應(yīng)關(guān)系⑤根據(jù)E(θ)可得到平均停留時(shí)間與的對(duì)應(yīng)關(guān)系第83頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第84頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三00.51.01.52.00.51.01.52.00.050.10.5110θ第85頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三00.51.01.52.00.20.40.60.81.00.0010.0120.0250.25θ第86頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三三、多級(jí)串聯(lián)全混流模型用幾個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)來模擬實(shí)際反應(yīng)器中的流動(dòng)狀況。假設(shè)實(shí)際反應(yīng)器中的返混程度與m個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)相同，m是虛擬釜數(shù)，不一定是整數(shù)。每一級(jí)的停留時(shí)間ti=tm/m。模型參數(shù)為串聯(lián)級(jí)數(shù)m。方差基本要點(diǎn)第87頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三cmcm-1c0cN級(jí)內(nèi)為全混流；級(jí)間無返混；各級(jí)存料量相等；基本假設(shè)第88頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三cici-1c0建立數(shù)學(xué)模型對(duì)示蹤劑作物料衡算：進(jìn)入量－流出量＝積累量cm第89頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三初始條件（階躍法）：t=0，c0(0)=c0；第90頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第91頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三…第92頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三多極串聯(lián)全混流數(shù)學(xué)模型（1）（2）（3）（4）第93頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率可表示為：m=∞時(shí)，即為平推流模型m=1時(shí)，即為全混流模型多級(jí)串聯(lián)全混流模型小結(jié)測(cè)定停留時(shí)間分布函數(shù)，求方差，再求m值總平均停留時(shí)間每一級(jí)的平均停留時(shí)間第94頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三多級(jí)串聯(lián)全混流模型：軸向擴(kuò)散模型：用多級(jí)串聯(lián)全混流模型或軸向擴(kuò)散模型模擬實(shí)際反應(yīng)器中的流動(dòng)狀況，關(guān)鍵是確定串聯(lián)的級(jí)數(shù)m或Pe。因?yàn)閙或Pe僅與方差有關(guān)，因此，可以通過實(shí)驗(yàn)確定停留時(shí)間分布，進(jìn)而計(jì)算方差，確定m或Pe，然后求得轉(zhuǎn)化率。確定模型參數(shù)m或Pe第95頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三例:某反應(yīng)器的體積為12L，物料以0.8L/min的流量流過反應(yīng)器，在反應(yīng)器中進(jìn)行液相分解反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)方程為rA=kcA，tm=15min，k=0.307min-1，停留時(shí)間分布的方差為0.211，試用軸向混合模型和多釜串聯(lián)模型計(jì)算出口轉(zhuǎn)化率。第五節(jié)非理想流動(dòng)反應(yīng)器的計(jì)算解：（1）用軸向混合模型第96頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三第97頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（每一級(jí)CSTR的平均停留時(shí)間）（2）用多釜串聯(lián)模型第98頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題4-1解答已知：CSTR，VR=100L，V0=10L/min。求解：F（0~1）；F（2~10）；F（30~∞）解：根據(jù)其中所以第99頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三總結(jié)果為：其余部分所占分率如下：第100頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題4-2解答已知：求解：（1）平均停留時(shí)間；（3）PFR-CSTR串聯(lián)，停留時(shí)間分別為0.4ks和0.8ks時(shí)的轉(zhuǎn)化率解：（1）第101頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（2）根據(jù)第102頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三其中：第103頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三CSTR：PFR：第104頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題4-3解答t/s04896144192240288336384432c0000.10.5108400脈沖法結(jié)果（1）計(jì)算平均停留時(shí)間；（2）一級(jí)反應(yīng)，，，求平均轉(zhuǎn)化率；（3）分別采用CSTR，PFR，平均停留時(shí)間相同，反應(yīng)結(jié)果。解：（1）根據(jù)：第105頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三tC(t)ΔtC(t)ΔtE(t)*105E(t)ΔttE(t)Δtt2E(t)Δt00000000480480000096048000001440.1484.89.2180.00440.637291.75221920.5482446.0910.02214.2478815.57524010.048480921.8290.4425106.19525486.72888.048380737.4630.3540101.9529360.73364.048192368.7320.177059.46919981.6384048000.000000432048000.000000Σ1084.81.0000272.5075736.35第106頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（2）根據(jù)第107頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三t04896144192240288336384432x(t)00.3020.5130.6600.7630.8350.8850.9200.9440.961第108頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三（3）平均時(shí)間相同時(shí)的CSTR和PFR的轉(zhuǎn)化率CSTR：PFR：第109頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三習(xí)題4-4解答已知：t123456810152030415267c957819090867767473215731求解：（1）平均停留時(shí)間和方差；（2）多釜串聯(lián)的轉(zhuǎn)化率。解：（1）根據(jù)第110頁，共123頁，2023年，2月20日，星期三tC(t)ΔtC(t)ΔtE(t)E(t)ΔttE(t)Δtt2E(t)Δt19190.00660.00660.00660.00662571570.04160.04160.08320.16633811810.05910.05910.17720.53174901900.06560.06560.26261.05035901900.06560.06560.32821.64116861860.06270.06270.37642.258287721540.05620.11230.89867.1889106721340.04890.09770.97749.7739154752350.03430.17142.571138.5667203251600.02330.11672.334146.68133015101500.01090.10943.282398.468341711770.00510.05622.302794.410652311330.00220.02411.251665.085367115150.00070.01090.733049.1138Σ13711.00015.585414.943第