第四章非理想流動(dòng)作業(yè)課件

第四章

第四組組長(zhǎng)：黃勇組員：韋環(huán)煚、藍(lán)東紅、陳偉宏、楊起朝、周游、唐海峰、田維俊、王寒玉、浦鳳、何莎、李連杰、非理想流動(dòng)第四章

第四組非理想流動(dòng)1韋環(huán)煚

ppt4藍(lán)東紅

ppt6陳偉宏

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楊起朝

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黃勇

書2和ppt7

周游

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唐海峰

ppt2

田維俊

書3

王寒玉

書4浦鳳

書9

河沙

書1李連杰書10

韋環(huán)煚

ppt4藍(lán)東紅

ppt621.非理想流動(dòng)的起因是什么、其根源有哪些、什么是病態(tài)流動(dòng)?答：起因有兩個(gè)1.設(shè)備內(nèi)不均勻的速度分布。包括：死角、溝流、短路、層流流動(dòng)、截面突變引起的收縮膨脹等。2.與物料主體流動(dòng)方向相反的流動(dòng)。例如：管式反應(yīng)器：擴(kuò)散、局部循環(huán)流動(dòng)、壓差、流體與固體間的摩擦等引起；釜式反應(yīng)器：攪拌引起流體循環(huán)運(yùn)動(dòng)等。1.非理想流動(dòng)的起因是什么、其根源有哪些、什么是病態(tài)流動(dòng)?答31.非理想流動(dòng)的起因是什么、其根源有哪些、什么是病態(tài)流動(dòng)?形成非理想流動(dòng)的根源①操作條件：溫度、壓力、流量、物料組成②流體性質(zhì)：粘度、重度、擴(kuò)散系數(shù)等③設(shè)備型式及結(jié)構(gòu)病態(tài)流動(dòng)是指：設(shè)計(jì)、制造不良，即反應(yīng)設(shè)備缺引起的非理想流動(dòng)，如死角、短路等。1.非理想流動(dòng)的起因是什么、其根源有哪些、什么是病態(tài)流動(dòng)?形42.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E(t)dt和F(t)物理意義？

答：E(t)是停留時(shí)間密度分布函數(shù)：定常態(tài)下的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器（t=0瞬間）的N個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)中，停留時(shí)間介于t~t+dt之間的流體質(zhì)點(diǎn)所占的分率dN/N應(yīng)為E(t)dt。F(t)是停留時(shí)間分布函數(shù)：在定常態(tài)下的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中，相對(duì)在t=0瞬間流入反應(yīng)器內(nèi)的物料，在出口料流中停留時(shí)間小于t的物料所占的分率?；颍毫鬟^(guò)反應(yīng)器的物料中停留時(shí)間小于t(介于0~t之間)的質(zhì)點(diǎn)所占的分率。2.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E52.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E(t)dt和F(t)物理意義？σt2：停留時(shí)間分布分散程度的量度。數(shù)學(xué)上指對(duì)于平均停留時(shí)間的二次矩。σθ2是無(wú)因此散度E(t)dt物理意義：表示同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的N個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)中，停留時(shí)間介于t與t+dt間的質(zhì)點(diǎn)所占分率dN/N。F(t)物理意義：表示出口流體中停留時(shí)間小于t的物料（0~t范圍內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)）占進(jìn)料的分率。2.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E63.停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法主要有哪兩種、如何測(cè)定、有何區(qū)別？答主要有：脈沖示蹤法和階躍示蹤法1脈沖示蹤法：當(dāng)系統(tǒng)中流體達(dá)到穩(wěn)定定常態(tài)流動(dòng)后，在t=0瞬間，在入口處以脈沖方式(極短時(shí)間間隔Δt0)注入總量為M(濃度為C0？)的示蹤劑A，同時(shí)在出口處檢測(cè)CA隨t的變化3.停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法主要有哪兩種、如何測(cè)定、有何73.停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法主要有哪兩種、如何測(cè)定、有何區(qū)別？階躍示蹤法：當(dāng)系統(tǒng)中流體達(dá)到定常態(tài)流動(dòng)后，在某一瞬間(t=0)，將流入系統(tǒng)的流體切換為濃度為CA0的示蹤劑A，保持流動(dòng)模式不發(fā)生變化，同時(shí)在出口處檢測(cè)示蹤劑濃度CA隨t的變化。3.停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法主要有哪兩種、如何測(cè)定、有何8脈沖法和階躍法的比較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)直接測(cè)得F(t)直接測(cè)得脈沖法和階躍法的比較脈沖法階躍法示蹤劑在原有的流股中加入示蹤9脈沖法階躍法σt2脈沖法階躍法104.示蹤劑有何要求（選取原則）？答：采用何種示蹤劑，要根據(jù)物料的物態(tài)、相系及反應(yīng)器的類型等情況而定。1.不與主流體發(fā)生反應(yīng)（無(wú)化學(xué)反應(yīng)活性）。2.與所研究的流體完全互溶，除了顯著區(qū)別于主流體的某一可檢測(cè)性質(zhì)外，二者應(yīng)具有盡可能相同的物理性質(zhì)4.示蹤劑有何要求（選取原則）？答：采用何種示蹤劑，要根據(jù)114.示蹤劑有何要求（選取原則）？3.便于檢測(cè)：應(yīng)具有或易于轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或光信號(hào)的特點(diǎn)，且濃度很低時(shí)也能檢測(cè)。4.對(duì)流動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有影響。5.示蹤劑在測(cè)定過(guò)程中應(yīng)守恒：不揮發(fā)、不沉淀、不吸附，用于多相系統(tǒng)檢測(cè)的示蹤劑不發(fā)生相間的轉(zhuǎn)移。4.示蹤劑有何要求（選取原則）？3.便于檢測(cè)：應(yīng)具有或易于125.平推流和全混流的E(t)~t和F(t)~t曲線各有何特征？并畫圖說(shuō)明。答：平推流E線F線圖見課本P94圖4-4全混流E線F線圖見課本P95圖4-55.平推流和全混流的E(t)~t和F(t)~t曲線各有何特13

以E(t)和F(t)對(duì)t作圖，得平推流停留時(shí)間分布函數(shù)曲線E(t)和F(t)曲線，圖4-4。⑴平推流E(t)和F(t)函數(shù)特征以E(t)和F(t)對(duì)t作圖，得平146.什么是返混？簡(jiǎn)述返混對(duì)不同反應(yīng)體系的影響

答：返混是指不同提留時(shí)間的物料混合。影響：1.正級(jí)數(shù)反應(yīng)：返混降低反應(yīng)推動(dòng)力，使反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率降低；2.負(fù)級(jí)數(shù)反應(yīng)：返混提高反應(yīng)速率，有利于反應(yīng)；3.自催化反應(yīng)：返混使產(chǎn)物（同時(shí)又是催化劑）濃度增加，有利于反應(yīng)；6.什么是返混？簡(jiǎn)述返混對(duì)不同反應(yīng)體系的影響

答：返混是156.什么是返混？簡(jiǎn)述返混對(duì)不同反應(yīng)體系的影響

4.平行反應(yīng)：若主反應(yīng)級(jí)數(shù)＞副反應(yīng)級(jí)數(shù)，返混使主產(chǎn)物選擇率下降；若主反應(yīng)級(jí)數(shù)＜副反應(yīng)級(jí)數(shù)，返混使主產(chǎn)物選擇率提高；5.連串反應(yīng)：返混使反應(yīng)物濃度降低，產(chǎn)物濃度提高，因而使主產(chǎn)物的選擇率下降。6.什么是返混？簡(jiǎn)述返混對(duì)不同反應(yīng)體系的影響

4.平行反167.測(cè)定停留時(shí)間分布曲線的目的是什么？

答：停留時(shí)間的長(zhǎng)短，直接影響轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)程度。

出口物料是所有具有不同停留時(shí)間(反應(yīng)程度)物料的混合物——實(shí)際轉(zhuǎn)化率是平均值。為了定量確定出口物料的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)物的定量分布必須定量知道出口物料的停留時(shí)間分布。

7.測(cè)定停留時(shí)間分布曲線的目的是什么？

答：停留時(shí)間的長(zhǎng)短17

書上作業(yè)

1.全混流反應(yīng)器的E(t)中，E(t)的最大值出現(xiàn)在t=0處，而其它設(shè)備都不是這樣，試解釋其原因和意義，試設(shè)想是否有其他形式的反應(yīng)器的E(t)曲線的形狀與全混流的E(t)曲線的相似性。答：由于全混釜具有流入的流體在瞬間內(nèi)即與容器內(nèi)流體達(dá)到完全混合，釜內(nèi)具有完全統(tǒng)一的組成，且與出口流體具有相同的特點(diǎn)，則E(t)曲線的表達(dá)式為：

書上作業(yè)

1.全混流反應(yīng)器的E(t)中，E(t)的最大值出182.脈沖測(cè)得如下數(shù)據(jù)，求E、F.t/min012345C(t)/(g/L)003566t/min678910C(t)/(g/L)432102.脈沖測(cè)得如下數(shù)據(jù)，求E、F.t/min0123419解：首先計(jì)算示蹤劑總量：C0=∑CA(t)△t=(0+0+3+5+6+6+4+3+2+1+0)×1=30min·g/l采用脈沖法，則E(t)=CAi/∑CAi△t=CAi//C0F(t)=∑CA(t)/∑CA(t)=△ti∑CA(t)/C0代入數(shù)據(jù)：F(2)=1×（0+0+3）/30=0.1F(3)=1×（0+0+3+5）/30=0.267F(4)=1×（3+5+6）/30=0.467解：首先計(jì)算示蹤劑總量：20將上述數(shù)據(jù)列表如下：t/min012345678910E(t)/min000.10.1670.20.20.1330.10.0670.0350F(t)000.10.2670.4670.6670.80.90.9671.01.0將上述數(shù)據(jù)列表如下：t/min012345678910E(t21=

∑tiCA(t)/∑CA(t)代入數(shù)據(jù)得：=(3×5+3×5+4×6+5×6+4×6+7×3+8×2+9×1)/(0+0+3+5+6+6+4+3+2+1+0)=4.83min=∑tiCA(t)/∑CA(t)22σt2=∑t2iCA(t)/∑CA(t)－t2σt2=(22×3+32×5+42×6+52×6+62×4+72×3+82×2+92×1)/(0+0+3+5+6+6+4+3+2+1+0)－4.832=3.44minσ02=σt2/t2=3.44/4.832=0.1470.147457σt2=∑t2iCA(t)/∑CA(t)－t20.123由此式可知，E(t)最大值在t=0處。其物理意義為：全混釜內(nèi)返混無(wú)窮大。循環(huán)反應(yīng)器的循環(huán)比接近無(wú)窮大時(shí)，具有與全混釜相近的E(t)曲線。（2）今用本反應(yīng)器進(jìn)行一個(gè)液相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：-rA=kcAK=0.307min-平均停留時(shí)間為4.83min，如果用擴(kuò)散模型，求其轉(zhuǎn)化率。若用多級(jí)混合模型，轉(zhuǎn)化率為多少？擴(kuò)散模型由前σt2=3.44minσ02=σt2/t2=3.44/4.832=0.147=4.83min由此式可知，E(t)最大值在t=0處。其物理意義為：全混釜內(nèi)24帶入公式：σ02=2/PE-2*(1/PE)*(1/PE)*(1-EXP(-PE))用視差求出pe值為12.5kБ（Б代替平均停留時(shí)間）=0.307*4.83=1.48查表4-15（書上103頁(yè)）得CA/CA0=0.42，則XA=1-0.42=0.58若為全混釜N=1/σ02=6.80CA/CA0=1/(1+0.307*4.83/6.8)6.8=0.26XA=1-0.26=0.74帶入公式：σ02=2/PE-2*(1/PE)*(1/PE253.一般情況下，相應(yīng)于E值最大時(shí)的t，是否相應(yīng)于平均停留時(shí)間，為什么？或3.一般情況下，相應(yīng)于E值最大時(shí)的t，是否相應(yīng)于平均停留時(shí)間264、從E曲線估計(jì)是否必要？實(shí)際反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間是否可根據(jù)來(lái)計(jì)算？

4、從E曲線估計(jì)是否必要？實(shí)際反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間是27利用CSTR的反應(yīng)結(jié)果計(jì)算k，對(duì)一級(jí)反應(yīng)：

利用CSTR的反應(yīng)結(jié)果計(jì)算k，對(duì)一級(jí)反應(yīng)：28所以XA=1-CA/CA0=1-e-ktE(t)=CA(t)/∑CA(t)△t=CA(t)/C0=CA(t)/200代入數(shù)據(jù)，算出各時(shí)間下的XA和E(t)值。代人下式，得：XA=∑XAE(t)△t=0.973σt2

=∑t2CA(ti)/∑CA(ti)-t2=190σθ2

=σt2/t=190/40=0.12N=t2/σt2=1/σθ2=1/0.12≈8所以299.有一反應(yīng)器被用于某一級(jí)反應(yīng)，對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行示蹤——應(yīng)答實(shí)驗(yàn)在進(jìn)口處加入δ函數(shù)，示蹤物在出口處的響應(yīng)為已知該反應(yīng)在全混釜中進(jìn)行，在同樣τ下，XAf=0.82，求本反應(yīng)器所能獲得的XAft/s1020304050607080C(t)035542109.有一反應(yīng)器被用于某一級(jí)反應(yīng)，對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行示蹤——應(yīng)答實(shí)驗(yàn)30解：C0=∑CA(t)=（0+3+5+5+4+2+1+0）×=200s.g/lt-=

∑tiCA(t)/∑CAi代入數(shù)據(jù)：t=（20×3+30×5+40×5+50×4+60×2+70×1）/(0+3+5+5+4+2+1+0)=40S解：C0=∑CA(t)31利用CSTR的反應(yīng)結(jié)果計(jì)算K，對(duì)一級(jí)反應(yīng)τ=t-=