非理想流動(dòng)模型課件

凝集流模型物理模型：流體以流體團(tuán)的方式流過反應(yīng)器，這些流體團(tuán)彼此之間不發(fā)生混合，每個(gè)流體團(tuán)相當(dāng)于一個(gè)小反應(yīng)器。由于返混的作用，流體團(tuán)在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間不同，達(dá)到的轉(zhuǎn)化率因而不同，在反應(yīng)器出口處的宏觀轉(zhuǎn)化率，就是各不同停留時(shí)間的流體團(tuán)達(dá)到的轉(zhuǎn)化率的平均值。凝集流模型物理模型：1非理想流動(dòng)模型課件2這樣就把流體的停留時(shí)間分布與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率聯(lián)系起來了，每個(gè)流體團(tuán)都作為一個(gè)間歇反應(yīng)器，它的反應(yīng)時(shí)間由停留時(shí)間分布決定。而流體團(tuán)在停留時(shí)間內(nèi)達(dá)到的轉(zhuǎn)化率由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)決定。最后，將二者結(jié)合起來，在出口處加權(quán)平均，得到最終轉(zhuǎn)化率。相當(dāng)于若干平推流反應(yīng)器或間歇反應(yīng)器的并聯(lián)，將非理想流動(dòng)對(duì)反應(yīng)的影響明顯化了。這樣就把流體的停留時(shí)間分布與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率聯(lián)系起來了，每個(gè)流體團(tuán)3寫成數(shù)學(xué)公式：寫成數(shù)學(xué)公式：4例3-3某非理想流動(dòng)反應(yīng)器，其停留時(shí)間分布規(guī)律同例3-2。在該反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行一級(jí)反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)方程為-rA=3.33×10-3cA，請(qǐng)確定該反應(yīng)器的出口轉(zhuǎn)化率（反應(yīng)物A的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為1）。例3-3某非理想流動(dòng)反應(yīng)器，其停留時(shí)間分布規(guī)律同例3-2。在5解：采用凝集流模型進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，在間歇反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系如下：解：采用凝集流模型進(jìn)行計(jì)算。6非理想流動(dòng)模型課件7多級(jí)串聯(lián)槽模型物理模型：反應(yīng)器是由若干大小相等的全混流反應(yīng)器串聯(lián)而成。這些全混流反應(yīng)器之間沒有返混，沒有反應(yīng)。定常態(tài)操作。多級(jí)串聯(lián)槽模型物理模型：8平推流與全混流的比較平推流全混流平推流與全混流的比較平推流全混流9用階躍法測(cè)定第i個(gè)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布V0,c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci,用階躍法測(cè)定第i個(gè)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布V0,c0,V1,c10非理想流動(dòng)模型課件11非理想流動(dòng)模型課件12非理想流動(dòng)模型課件13非理想流動(dòng)模型課件14非理想流動(dòng)模型課件15非理想流動(dòng)模型課件16N=1，全混流N

，平推流N等于某一值，意味著該反應(yīng)器的返混程度相當(dāng)于N個(gè)理想混合反應(yīng)器的串聯(lián)。N只是一個(gè)虛擬值，因此，N可以是整數(shù)也可以是小數(shù)。停留時(shí)間分布密度函數(shù)的散度為槽數(shù)的倒數(shù)。N=1，全混流17小數(shù)的階乘由Γ函數(shù)解決。小數(shù)的階乘由Γ函數(shù)解決。18解題步驟：解題步驟：19軸向擴(kuò)散模型物理模型：1主體流動(dòng)為平推流，但疊加一渦流擴(kuò)散。2渦流擴(kuò)散遵循費(fèi)克擴(kuò)散定律且在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)。費(fèi)克擴(kuò)散定律(Fick’slaw)：軸向擴(kuò)散模型物理模型：20在有化學(xué)反應(yīng)時(shí)對(duì)反應(yīng)物做物料衡算：dl在有化學(xué)反應(yīng)時(shí)對(duì)反應(yīng)物做物料衡算：dl21整理得：整理得：22非理想流動(dòng)模型課件23開開，開閉，閉開，閉閉。反應(yīng)器內(nèi)有返混，如邊界處有返混，則為開式邊界條件，若邊界處沒有返混，則為閉式邊界條件。開開，開閉，閉開，閉閉。24非理想流動(dòng)模型課件25開開式邊界條件下的解：開開式邊界條件下的解：26非理想流動(dòng)模型課件27非理想流動(dòng)模型課件28非理想流動(dòng)模型課件29非理想流動(dòng)模型課件30通過擴(kuò)散模型求轉(zhuǎn)化率定常態(tài)下，由基礎(chǔ)方程簡(jiǎn)化得通過擴(kuò)散模型求轉(zhuǎn)化率定常態(tài)下，由基礎(chǔ)方程31非理想流動(dòng)模型課件32對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng)，有解析解對(duì)一級(jí)不可逆反應(yīng)，有解析解33解題步驟：解題步驟：34例3-6試用軸向擴(kuò)散模型中的開-開式邊值條件及閉-閉式邊值條件計(jì)算例3-3中反應(yīng)器出口物料的轉(zhuǎn)化率。解：本題中:例3-6試用軸向擴(kuò)散模型中的開-開式邊值條件及閉-閉式邊值條35按開-開式邊值條件：計(jì)算β值按開-開式邊值條件：36計(jì)算出口轉(zhuǎn)化率計(jì)算出口轉(zhuǎn)化率37按閉-閉式邊值條件按閉-閉式邊值條件38本例題若按平推流反應(yīng)器計(jì)算，其出口轉(zhuǎn)化率將是：按全混釜式反應(yīng)器計(jì)算其出口轉(zhuǎn)化率，將是：本例題若按平推流反應(yīng)器計(jì)算，其出口轉(zhuǎn)化率將是：39非理想流動(dòng)模型課件40例3.2在穩(wěn)定操作的連續(xù)攪拌式形反應(yīng)器的進(jìn)料中脈沖注入染料液(m∞=50g)，測(cè)出出口液中示蹤劑濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如表所示。請(qǐng)確定系統(tǒng)的F(t)，E(t)曲線及，值。例3.2在穩(wěn)定操作的連續(xù)攪拌式形反應(yīng)器的進(jìn)料中脈沖注入染料液41解：本實(shí)驗(yàn)采用脈沖示蹤法，測(cè)定的時(shí)間間隔相同(Δt=120s)，計(jì)算式為：解：本實(shí)驗(yàn)采用脈沖示蹤法，測(cè)定的時(shí)間間隔相同(Δt=120s42

計(jì)算值如表所示。計(jì)算值如表所示。43非理想流動(dòng)模型課件44非理想流動(dòng)模型課件45第二章習(xí)題6.平行液相反應(yīng)A→PrP=1A→RrR=2cAA→SrS=cA2已知cA0=2kmol/m3，cAf=0.2kmol/m3，求下列反應(yīng)器中，cP最大為多少？（1）平推流反應(yīng)器；（2）合混流反應(yīng)器（3）兩釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器，cA1=1kmol/m3第二章習(xí)題6.平行液相反應(yīng)46解：（1）平推流反應(yīng)器中當(dāng)cAf=0.2時(shí)，cP最大值:解：（1）平推流反應(yīng)器中當(dāng)cAf=0.2時(shí)，cP最大值:47(2)在全混流反應(yīng)器中（3）兩釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器(2)在全混流反應(yīng)器中（3）兩釜串聯(lián)全混流反應(yīng)器487.自催化反應(yīng)A+P→2P的速率方程為：-rA=kcAcP，k=1m3·kmol·min-1，原料組成為A13%(mol)，P1%（mol），且cA0+cP0=1kmol·m-3，出口流cP=0.9kmol