化学反应工程基础

1、关于化学反应工程基础第1页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第一节 化学反应和反应器分类1、 化学反应的分类2、 反应器的分类3、 连续流动反应器内流体流动的两种理想形态第2页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1、 化学反应的分类（1） 按化学反应的特性分类（2） 按反应物料的相态分类（3） 按反应过程进行的条件分类第3页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应机理简单反应、复杂反应反应级数一级、二级、三级、零级、分数级反应反应的可逆性可逆反应、不可逆反应反应热效应放热反应、吸热反应反应分子数单分子、双分子、三分子反应（1） 按化

2、学反应的特性分类第4页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四均相反应催化反应气相反应、液相反应非催化反应非均相反应催化反应液-液相、气-液相、液-固相、气、固相非催化反应气-固相、固相、气-液-固相（2） 按反应物料的相态分类第5页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四操作方式间歇反应、半连续反应、连续反应温度条件等温反应、绝热反应、非绝热变温反应（3） 按反应过程进行的条件分类第6页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2、反应器的分类（1） 按物料相态分类的反应器种类（2） 按反应器的结构型式分类（3） 按操作方式分类第7页，共153页

3、，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应器种类反应特性反应类型举例适用设备的结构形式均相气相液相 无相界面，反应速率只与温度或浓度有关燃烧、裂解等中和、酯化、水解等管式釜式非均相气-液相液-液相气-固相液-固相固-固相气-液-固相 有相界面，实际 反应速率与相 界面大小及相 间扩散速率有关氧化、氯化、加氢等磺化、硝化、烷基化等燃烧、还原、固相催化等还原、离子交换等水泥制造等加氢裂解、加氢脱氢等釜式、塔式釜式、塔式固定床、流化床、移动床釜式、塔式回转筒式固定床、流化床（1） 按物料相态分类的反应器种类第8页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四结构型式适用的相态应用举例

4、反应釜（包括多釜串联）液相、气-液相、液-液相、液-固相苯的硝化、氯乙烯聚合、高压聚乙烯、顺丁橡胶聚合等管式气相、液相清油裂解、甲基丁炔醇合成、高压聚乙烯等鼓泡塔气-液相、气-液-固（催化剂）相变换气的碳化、苯的烷基化、二甲苯氧化、乙烯基乙炔合成等固定床气-固（催化或非催化）相二氧化硫氧化、氨合成、乙炔法制氯乙烯、乙苯脱氢、半水煤气生产等流化床气-固（催化或非催化）相，特别是催化剂很快失活的反应硫铁矿焙烧、萘氧化制苯酐、石油催化裂化、乙烯氧氯化制二氯乙烷、丙烯氨氧化制丙烯腈等回转筒式气-固相、固-固相水泥制造等喷雾式气相、高速反应的液相氯化氢合成、天然气裂解制乙炔（2） 按反应器的结构型式分类

5、第9页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应釜第10页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四夹套式蒸汽加热反应釜第11页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四内外盘管式加热不锈钢反应釜 管式反应器第12页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四鼓泡塔反应器第13页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四固定床反应器第14页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四固定床反应器第15页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四厌氧流化床反应器第16页，共153页，2022年，5月

6、20日，13点1分，星期四（3） 按操作方式分类间歇反应器连续反应器半连续反应器第17页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四间歇反应器特点：1、反应物料一次加入，产物一次取出。2、非稳态操作，反应器内浓度、温度随反应时间连续变化。3、同一瞬时，反应器内各点温度相同、浓度相同。间歇反应器第18页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四连续反应器反应物A反应物B生成物R连续反应器特点：1、反应物料连续加入，反应产物连续引出。2、稳态操作，反应器内任一点的组成不随时间改变。第19页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四半连续反应器半连续反应器特点

7、：1、某些反应物料一次加入，其余物料连续加入，或者将某种产物连续取出。2、非稳态操作。第20页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3、连续流动反应器内流体流动的两种理想形态平推流反应器理想混合流反应器第21页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四平推流反应器反应物A反应物B 活塞流反应器生成物R平推流反应器特点：1、在稳态操作时，在反应器的每个截面上，物料浓度不随时间变化。2、所有物料质点在反应器中的停留时间都相同。2、反应器内物料浓度沿着流动方向改变，故反应速率随空间位置改变，即反应速率的变化只限于反应器的轴向。第22页，共153页，2022年，5月20

8、日，13点1分，星期四理想混合流反应器反应物A反应物B生成物R理想混合流反应器特点：1. 物料连续以恒定的流速流入、流出反应器，稳态操作。2. 反应器内各空间位置温度、浓度均一。3. 反应器内浓度、温度与出口处浓度、温度相同。第23页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第二节 均相反应动力学均相反应是指在均一的液相或气相中进行的反应均相反应动力学内容：研究化学反应本身的速度规律，即物料的浓度，温度，催化剂等因素对化学反应速度的影响。 即Rp(C,T,Cats)均相反应动力学没有考虑到物理因素的影响，仅研究化学反应内在规律第24页，共153页，2022年，5月20日，13点1

9、分，星期四1、 反应速率 定义：对均相反应而言，反应速率可定义为单位时间，单位反应体积中所生成（消失）的某组分的摩尔数。 即：表示i组分的生成速率：表示i 组分的消失速率第25页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四对反应： aA + Bb lL + mM各组分的反应速率：第26页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四它们之间：幂函数形式： k: 反应速率常数 1，2：实验测定常数 总级数 n=1+2 对基元反应：1=a2=b 复杂反应：n需实验测定第27页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四k = A0e-E/RT lnk =lnA0

10、E/RTdlnk/dT = E/RT2(1) 反应对T敏感所以，T对K的影响在低温下更敏感 k遵循Arrehnies方程:(2) (低温)第28页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第29页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第30页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四单一反应是指用一个化学反应式和一个动力学方程式便能代表的反应。2、等温、恒容、单一反应动力学方程式不可逆反应一级不可逆反应二级不可逆反应可逆反应一级可逆反应二级可逆反应为简化起见，只研究、等温、恒容、单一反应动力学第31页，共153页，2022年，5月20日，13点1分

11、，星期四2.1 一级不可逆方程AS对于等温系统，k为常数,初始条件： t=0 CA=CA0第32页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四一级不可逆反应Ct关系第33页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2.2 二级不可逆方程因为A,B等摩尔消耗，所以CA0 xA = CB0 xB令MCB0/CA0可按一级不可逆反应的情况作类似的处理，有如下反应：第34页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四（1）M1 即 CA0=CB0 CA=CB（2）M1 即 CA0CB0 CACB第35页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四不可逆

12、二级反应的Ct关系左：；右：第36页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第37页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2.3 一级可逆方程若t=0，CR0=0，则CA + CR = CA0第38页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四当反应达到平衡时: dCA/dt CAe = k2CA0/( k1+k2 ).第39页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四可逆一级反应Ct图第40页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第41页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3、复合反应复合反应是

13、几个反应同时进行的，常见的复合反应有平行反应，连锁反应，平行连锁反应等。平行反应连串反应第42页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四rR = dCR/dt = k1CA rS = dCS/dt = k2CA 3.1 平行反应第43页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四积分: t = 0 CR0=CS0=0第44页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四一级平行反应C-t图第45页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3.2 连串反应rA=-dCA/dt=k1CArR=dCR/dt=k1CA-k2CRrS=dCS/dt=k

14、2CR积分： t=0 CA=CA0 CR0=CS0=0积分公式第46页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四积分公式公式形式积分结果第47页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四令 dCR/dt =0 得：第48页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四CA各组分浓度变化：第49页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第50页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4、等温变容过程对于定容或变容体系，组分I的变化速率为：对恒容：对变容：ri的变化不仅有dCi/dt变化，而且体系V变化，Ci/V，dV/dt都变

15、化。 我们通常用膨胀率来表征变容的程度dV/dt=0 ri=dCi/dt第51页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4.1 膨胀率 定义：当物系体积随转化率 x 线性变化时，反应物 A 全部转化后系统体积的变化率。第52页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应开始时，只有A 结束时，只有P nV A=(2-1)/1=1例：有一等温气相反应，计算A第53页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四 若开始时，除A以外，还有50的惰性气体，A？反应开始时，A 1mol 惰性气体 1mol，共2mol；结束后，P 2mol 惰性气体 1mol，

16、共3mol A=(3-2)/2=0.5 注意：计算A时，不仅要考虑反应的计量关系， 还要考虑系统中是否存在惰性气体 A的运用前提：系统V随x呈线性变化第54页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4.2 动力学方程及积分表达式第55页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应级数 反应速度式积分式012n表2-9 等温变容过程的速度式及积分式（膨胀法）第56页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四例：在700及3kg/cm2恒压下发生下列反应 反应开始时，系统中含C4H10为116kg，当反应完成50时，丁烷分压以2.4kg/cm2.s速率

17、发生变化，求下列项次的变化速率：乙烯分压 H2的摩尔数 丁烷的摩尔分率第57页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四解： A=(31)/1=2 反应开始时：y C4H10=1 pA=yAp x=0.5 y C4H10=1/4 pA=(1/4)p y C2H4=1/4 pA=(2/4)p y H2=1/4 pA=(1/4)p第58页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第59页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第60页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四5、均相反应动力学的建立5.1 微分法5.2 积分法（试差法）第6

18、1页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四微分法（图解法）a.先假定一个反应机理，并从它求出动力学方程式，其型式为：b.实验数据CA（xA） 、t作图,得一光滑曲线，在相应浓度位置求取曲线的斜率，此斜率 就代表该组成下的反应速率，如下图a.c.将上一步骤所得的dCA/dt各对f(CA)作图，若得一通过原点的直线，表明假定机理与实验数据相复合。否则需重新假定一动力学方程加以检验，此步骤如下图b所示。第62页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四图 微分法检测动力学方程图解程序(a)斜率为dCA/dt的曲线; (b)斜率为k的曲线（a）（b）斜率k第63页，共1

19、53页，2022年，5月20日，13点1分，星期四A+B P动力学方程使CA0=CB0, 则取对数以lgrAlgCA作图得一直线，斜率为n，截距为lgk改变CA0CB0，测初始反应速率，作图可得而如第64页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四微分法（最小二乘法）A+B P第65页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四积分法（试差法）a.写出反应速率方程的积分式：b.求积分式的解c.做f(C)t图，直线斜率则为k值第66页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四例：假定速率方程为： 将上式积分： 实验数据CA（xA) 、t作图，得一条直线。如

20、果将实验数据标绘上去能与直线满意拟合，则推测的动力学方程可取，否则应采用另一动力学方程并加以检验。第67页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四 积分法检验速率方程图解程序第68页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第三节 理想反应器的设计设计中主要解决的问题：（a）提高反应物料进行反应所需要的容积，保证设备有一定的生产能力。（b）具有足够的传热面积，保证反应过程中热量的传递，使反应指控在最适合的温度下进行。（c）保证参加反应的物料均匀混合。第69页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四物料衡算物料衡算的理论基础是质量守恒定律，即反应前后

21、的物料质量应该相等。上式是普遍的物料衡算式，无论对流动系统或间歇系统均可适用。流入量-流出量-反应消失量-累积量=0间歇式反应器：流入量=0，流出量=0；稳态操作连续流动反应器：累积量=0；非稳，连续，半连续：都不为零。第70页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四热量衡算热量衡算的依据是能量守恒定律，对于流动系统和间歇系统可列出均可适用的普遍的热量衡算式：Q物料流入+Q反应过程的热效应-Q物料流出-Q反应系统与外界交换-Q累积=0间歇：Q物料流入=0，Q物料流出=0；稳态操作连续流动反应器： Q累积=0。第71页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四热力学

22、第一定律：在一个封闭系统中，能量和物质是不能产生或消灭的。即能量和物质不能凭空产生也不能凭空消亡 。（能量守恒）能量守恒的意义1.能的转化与守恒是分析解决问题的一个极为重要的方法，它比机械能守恒定律更普遍。例如物体在空中下落受到阻力时，物体的机械能不守恒，但包括内能在内的总能量守恒。 2.能量守恒定律是19世纪自然科学中三大发现之一，也庄重宣告了第一类永动机幻想的彻底破灭。 3.能量守恒定律是认识自然、改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来。第一类永动机（不可能制成）不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器。 其不可能存在，因为违背的能量守恒定律 第72页，共153页，

23、2022年，5月20日，13点1分，星期四热力学第二定律：“熵在增加”。根据这一定律，从一种能向另一种能的任何转换都不是完全有效的，能的消费是不可逆的过程。（单向流动）热力学第二定律的表述主要有两种； (1)克劳修斯说法：“热量不能自动从低温物体流向高温物体”。 (2)开尔文说法：“不可能从单一热源吸热使之完全变为功，而无其它变化”。 关系热力学第二定律的两种表述（前2种）看上去似乎没什么关系，然而实际上他们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。意义热力学第二定律的每一种表述，揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 一切自然过程总

24、是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。 第二类永动机（不可能制成） 只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。 第73页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第二类永动机效率为100%，虽然它不违法能量守恒定律，但大量事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变成有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温物体，因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。 实际上热力学第二定律可以从统计物理学的角度说明。 众所周知，温度是物体内部分子热运动剧烈程度的度量，温度越高的物体，内部的分子热运动就越剧烈，所以当高

25、温物体与低温物体接触，它们内部的分子就会碰撞和发生分子间作用力，热运动剧烈的分子会通过碰撞和分子间作用力等途径把能量传递给热运动剧烈程度低的物体，最终使两种物体分子的热运动剧烈程度趋于一致。 当然分子的热运动剧烈程度不可能真的一致，这是一个统计学的概念，就是说分子热运动剧烈程度本来差异很大，而最后热运动剧烈程度在某一个范围内的分子特别多，占了绝大多数。这时也就是通常所说的达到热平衡了，分子间仍然发生碰撞和分子间作用力作用，但是统计学意义上的分子热运动平均剧烈程度是不变的。热力学第三定律：在绝对零度时，一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零。 数学表达式;S(0K)=0=kLn1=0 因为在绝对零度

26、时，无序度为最小，微观分布方式数为1第74页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1、 间歇反应器反应时间的确定：反应物A恒容时：反应掉的量(累积量)进入量=流出量+反应掉的量+(累积量)第75页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四间歇反应器的容积计算：ta 停驻时间，tR反应时间，每小时处理物料体积为v0有效体积：设计实际体积：不起泡沸腾,0.750.85起泡沸腾,0.40.6VR=(ta+tR)v0V=VR/间歇釜设计方程图示a间歇釜设计方程图示b第76页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四间歇釜设计方程图示xA0 xAf第77页，

27、共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四间歇釜设计方程图示CACAfCA0第78页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2 、平推流反应器反应物A的流入速度流出速度消失速度第79页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四恒容时：所以或平推流反应器的图解计算示意图第80页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四平推流反应器的图解计算示意图1/rA面积=xA(a)适用一般场合面积=1/rA00CACA0(b)仅适用恒容过程第81页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3、理想混合反应器A的流入速度为A的流出速度为A由

28、于反应的消失速度为恒容时故 整理得第82页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四理想混合反应器图解计算示意图面积=V/FA0=r/CA0面积=V/v=r物料出口时情况1/rA1/rA0 xAxA0CACA0CA第83页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4、多级串联理想混合反应器原料A生成物R物料衡算式整理得第84页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4.1 代数法以一级等温反应为例 当各釜的容积Vi相等时，则所以第85页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四4.2 图解法根据动力学方程做rA CA关系曲线rACACA

29、1CA2CA3CA0第86页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四以两只不等容的理想混合反应器串联操作为例： 对于第一级反应器 对于第二级反应器 反应所需的总平均停留时间为 设计多级串联理想混合反应器时，合理分配各级反应器的出口转化率，可使反应器所需总体积最小。第87页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四 两种组合方式均可达到最终转化率xA2。如果能确定最佳xA1，可使反应总体积最小。不同大小二个理想混合反应器的组合情况第88页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四不同大小二个理想混合反应器的组合情况 理想混合反应器与二级串联理想混合反应

30、器在CA0相同时，二者所需平均停留时间之差为长方形KLMN的面积，若使该面积最大，则二级串联反应器所需平均停留时间最短，反应总体积最小。第89页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四根据“最大矩形法”可以确定xA1。两个大小不等的理想混合反应器等温串联操作时，对一级反应采用等体积最好；反应级数n1时，小反应器宜在前；反应级数nn2CA大n1n2CA小n1=n2无关第96页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应级数的大小对浓度的要求CA、CB均大CA大、CB小CA小、CB大CA、CB均小A+BR(主反应)S(副反应)12主、副反应的速率方程二式相除得第97

31、页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四间歇操作第98页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四连续流动操作第99页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四5.22 连串反应rA=-dCA/dt=k1CArR=dCR/dt=k1CA-k2CRrS=dCS/dt=k2CR 若R为目的产物，应提高CA，使 大，可选用平推流反应器、间歇反应器；若S是目的产物，则应降低CA，使 小，可选用理想混合反应器。第100页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四5.23 连串平行反应三种加料方式：a、A慢慢加入B中（慢慢加入是指加入速率比反应速

32、率慢）b、B慢慢加入A中c、将A、B迅速混合第101页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四连串平行反应产物分布随时间变化第一种加料方式第二、三种加料方式第102页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四结论a、对于单一反应，除零级反应，为达到相同转化率下的生 产能力，平推反应器所需的反应器体积比理想混合反应 器小。b、复杂反应中，对于平行反应，主要控制反应器内物料的 浓度，高浓度有利于反应级数高的反应；连串反应，应 控制反应器内物料的平均停留时间；连串-平行反应可采 用不同的加料方式来控制产物的分布。c、温度对复杂反应的产物分布也有重大影响。平行反应， 升温

33、有利于活化能高的反应；对于连串反应，若生产目 的产物反应的活化能高于其他副反应，宜采用高温，反 之亦然。第103页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第四节 理想混合反应器的热稳定性 反应器的热稳定性： 是指当反应过程的放热或除热速率发生变化时，过程的温度等因素将产生一系列的波动，当外扰消除后，过程能回复到原来的操作状态，则反应器具有热稳定性，或具有自衡能力，否则为热不稳定，或无自衡能力。第104页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1、热稳定性原理v0CpT0vCpTVkCA（-H）KA(T-Tm)第105页，共153页，2022年，5月20日，13点

34、1分，星期四反应放热速率Qr与反应温度呈非线性关系Qc与反应温度呈线性关系反应除热速率第106页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四Qr, QcQrTQcQcQcdeabc在哪点操作？第107页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四反应器具有稳定性必需满足两个条件：稳态条件：稳定条件：第108页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2、影响热稳定性的因素1、改变v0和AQr, QcQrTQcQcdeabc第109页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四Qc,QrTQrQc2、改变T0、TwT0” T0 T0第110页，共

35、153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3、T与Tw间的最大温差第111页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第五节 连续流动反应器的停留时间分布1、基本概念 闭式系统系统进口出口停留时间分布年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算起在系统中停留的时间。寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在系统内停留的时间。返混：是指不同停留时间微元间的混合第112页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1、停留时间分布的表示方法a、停留时间分布密度函数E(t) 系统出口流体中，已在系统中停留时间为t到t+dt 间的微元所占的分率为E(t)dt.

36、 E(t)因次：时间-1E(t)t0 t t+dtE(t)dt归一化条件第113页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四b、停留时间分布函数F(t) 系统出口流体中，已在系统中停留时间小于t（或介于0t间）的微元所占的分率等于F(t) 基本性质： (1)0F(t)1 (2) F(0)=0; F()=1 (3)无因次第114页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2、停留时间分布的测定实验方法概述：阶跃示踪法脉冲示踪法阶跃示踪法：操作容易；示踪剂用量大，直接测出的是停留时间分布函数脉冲示踪法：简单、示踪剂用量少，可直接测出停留时间分布密度函数要求输入理想脉冲第

37、115页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四v0检测器 CA0CA0CA0CACA0响应曲线输入曲线第116页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四v0M(g或mol)检测器 0-tt响应曲线第117页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四3、停留时间分布的数字特征a、数学期望 在几何图形上是E(t)曲线下的这块面积的重心在 横轴上的影。等时间间隔，则第118页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四b、方差 用来描述停留时间分别的离散程度 第119页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四若以对比时间 为

38、自变量无因次方差：第120页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四什么是流动模型？什么是理想流动模型和非理想流动模型?理想流动模型：平推流，全混流；非理想流动模型：多级理想混合模型，多层流动，扩散模型，带死角和短路的理想混合模型。各流动模型的E（t），F（t），第121页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第六节 流动模型1、理想流动模型 a、平推流模型 b、理想混合流模型2、非理想流动模型 a、多级理想混合模型 b、带死角和短路的理想混合模型 c、停留时间分布曲线的应用 非理想流动现象？第122页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1

39、、理想流动模型 a、平推流模型tE(t)F(t)1.0第123页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四b、理想混合流模型（阶跃示踪）对示踪剂在dt时间内作物料衡算： 流入量=流出量=+累积量故整理得积分得第124页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四方差无因次方差第125页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四理想混合流反应器的E(t)和F(t)图E(t)ttF(t)1.00.6320.6320.368第126页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四非理想流动现象存在滞流区第127页，共153页，2022年，5月20日，

40、13点1分，星期四存在沟流 在流固系统或气液系统中，由于不均匀的流动，流体打开了一条阻力很小的通道，形成所谓沟，以极短的停留时间通过床层。这种现象称为沟流。它较多发生在流固系统中。如沟贯穿于整个床层称为贯穿沟流，如仅发生于局部则称为局部沟流。 形成沟流会降低传质效率。 在大型鼓泡床中，气泡聚合后沿几条捷径上升，而严重的鼓泡集中可使气泡沿着捷径上升而形成短路，此现象称为沟流。第128页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四存在短路第129页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四2、非理想流动模型 a、多级理想混合模型 假设： 每级为理想混合 级际无返混 每一级

41、体积相等 采用阶跃示踪法第130页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第131页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四第132页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四1.01.01.0138E()F()多级理想混合模型的E()和F()图135101.0第133页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四理想混合模型平推流模型第134页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四b、带死角和短路的理想混合模型第135页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四 c、停留时间分布曲线的应用 平推流及偏离平推流E(t)曲线出峰太早E(t)t原因：反应器存在沟流、短路现象，使出峰提前。正常早出峰第136页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四出现多峰，且递降原因：反应器内有循环流E（t）第137页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四迟出峰原因：计量上的误差，或示踪剂被吸附在器壁上E（t）第138页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四两个平行峰E(t)原因：两股平行的流体存在第139页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四E(t)t正常早出峰早出峰第140页，共153页，2022年，5月20日，13点1分，星期四接近理