天津大学反应工程课件第五章课件

1、1天津大学化工学院天津大学化工学院反应工程教学组反应工程教学组21. 停留时间分布概述 活塞流和全混流反应器中流体流动可分别采用活塞流与全混流模型描述，反应器内流动状况的不同对反应有十分明显的影响； 反应进行的完全程度与物料在反应器内的停留时间长短有关； 流动状况可通过停留时间分布定量表征，流动模型基于停留时间分布； 停留时间分别有年龄分布与寿命分布； 停留时间分布研究对象是反应器内的流体粒子或微团。3t=0100个2. 停留时间分布的定量描述1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121305101520 Nt/min4246810120.00.10.2 N/100, E(t)t/min

2、501)( dttE)0( , 0)0( , 0)(tttE归一化条件停留时间分布密度函数停留时间分布密度函数E (t)停留时间分布密停留时间分布密度函数度函数E (t)性质性质t t+dtE (t)6tdttEtF0)()(dttEtdF)()()()()()()()()(tFFtEtddttEEdEdttEttQVtr封闭系统，常数停留时间分布函数停留时间分布函数F (t)75.2 停留时间分布的实验测定1. 脉冲法2. 阶跃法3. 周期输入法升阶法降阶法示踪响应法：通过在系统中加入示踪剂的方法来测定停留时间分布。8脉脉冲冲法法输入曲线响应（输出）曲线c0(t) 示踪剂加入方法； 输出曲线

3、的测定方法。9示踪剂加入总量系统出口检测系统出口检测的示踪剂量的示踪剂量0)()()(dttctctEmtQctE)()(0)( dttQcm例5.1脉冲法停留时间分布的计算。tt+dtdttEm)( dttQc示踪剂分布10阶跃法阶跃法系系 统统切换主流体QQ检测器含示踪剂的流体Q与脉冲法区别？11C()：含示踪剂的流体中示踪剂的浓度：含示踪剂的流体中示踪剂的浓度升阶法0c()c0(t)tt=0输入曲线响应曲线c()c(t)t012升阶法)()()(ctctFt-dttdtQcdttQctF)()()(示踪剂输入量停留时间小于t 的示踪剂量13降阶法0c(0)c0(t)tt=00c(0)c(

4、t)t输入曲线响应曲线C(0)：含示踪剂的流体中示踪剂的浓度：含示踪剂的流体中示踪剂的浓度14降阶法)0()()(1ctctFtt +dtdtQcdttQctF)()()(1示踪剂输入量停留时间大于t 的示踪剂量15示踪剂选择基本原则示踪剂选择基本原则 示踪剂应易于和主流体溶或混为一体，除示踪剂应易于和主流体溶或混为一体，除了显著区别于主流体的某一性质以便于检了显著区别于主流体的某一性质以便于检测外，两者应尽可能相同饿物理性质；测外，两者应尽可能相同饿物理性质； 示踪剂应低浓度时即可方便检测；示踪剂应低浓度时即可方便检测； 示踪剂的浓度最好与检测信号具有较宽的示踪剂的浓度最好与检测信号具有较宽

5、的线形范围；线形范围； 示踪剂应不与主流体发生反应，用于多相示踪剂应不与主流体发生反应，用于多相系统的示踪剂应不发生相间转移。系统的示踪剂应不发生相间转移。165.3停留时间分布的统计特征值000)()()(dtttEdttEdtttEt1. 平均停留时间平均停留时间17002222)()()(tdttEtdttEttt2. 方差方差P134,例例5.2 用（用（1）脉冲法、（）脉冲法、（2）升阶法、（）升阶法、（3）降阶法分别）降阶法分别测得一流动系统的响应曲线测得一流动系统的响应曲线c(t), 试推导平均停留时间和方差试推导平均停留时间和方差与与c(t)的关系。（的关系。（*）P135,例

6、例5.3 185.4 理想反应器的停留时间分布(t)(tt t = 0tE(t)tt ) t - (=) E(tt)( , 1)( , 0)(tttttF1.0tt)(tF1. 活塞流模型1)- (=) E() 1( , 1) 1( , 0)(F19/1)(tetE/1)(tetF2.全混流模型 eE)(eF1)(2001de02211de1|) 1(10d01|1) 1(12022d全混流全混流活塞流活塞流P139,例例5.4 反应器全混流模型的检验反应器全混流模型的检验215.5 非理想流动现象1. 滞流滞流0.00.40.81.21.62.0012E()固定床反应器停留时间分布222.沟

7、流沟流233. 短路短路24层流反应器的停留时间分布层流反应器的停留时间分布5 . 0, 0)(E5 . 0,21)(2E4. 径向速率不均匀径向速率不均匀255.6 非理想流动模型1. 离析流模型离析流模型0)()(dttEtccAA0)()(dttEtXXAA262. 多釜串联模型多釜串联模型活塞流流反应器单个全混流反应器0212多釜串反应器NN1N2？27rVcPcp-1c0cN初始条件Npctp, 2 , 1, 0)0(, 0多釜串平均停留时间与方差的计算（升阶法）28ttectcectctctcdttdc1)()1 ()()()(1)(0101101tetctctctcdttdc11

8、)()()(1)(02212P=1P=229NNNNPPNNPPtNeNNddFEpNeFptectctF111110!1)()()(!1)(!11)()(P=N1!1)(00dNeNdENNNNdNeNdENNN11!11)(0102230多釜串联模型的E()图31P151，例，例5.8（1）多釜串联模型进行反应器计算（2）若采用活塞流管式反应器，试预测反应器出口A的转化率，并比较。325.8 流动反应器中流体的混合流动反应器中流体的混合宏观流体宏观流体微观流体微观流体完全离析完全离析完全微观混合完全微观混合部分离析部分离析基本概念基本概念1. 宏观混合：设备尺度上的混合。宏观混合：设备尺度上的混合。全混流与活塞流（平推流）全混流与活塞流（平推流）2. 微观混合：微团尺度上的