第四章非理想流动作业课件

第四章

第四组组长：黄勇组员：韦环煚、蓝东红、陈伟宏、杨起朝、周游、唐海峰、田维俊、王寒玉、浦凤、何莎、李连杰、非理想流动第四章

第四组非理想流动1韦环煚

ppt4蓝东红

ppt6陈伟宏

ppt3

杨起朝

ppt1

黄勇

书2和ppt7

周游

ppt5

唐海峰

ppt2

田维俊

书3

王寒玉

书4浦凤

书9

河沙

书1李连杰书10

韦环煚

ppt4蓝东红

ppt621.非理想流动的起因是什么、其根源有哪些、什么是病态流动?答：起因有两个1.设备内不均匀的速度分布。包括：死角、沟流、短路、层流流动、截面突变引起的收缩膨胀等。2.与物料主体流动方向相反的流动。例如：管式反应器：扩散、局部循环流动、压差、流体与固体间的摩擦等引起；釜式反应器：搅拌引起流体循环运动等。1.非理想流动的起因是什么、其根源有哪些、什么是病态流动?答31.非理想流动的起因是什么、其根源有哪些、什么是病态流动?形成非理想流动的根源①操作条件：温度、压力、流量、物料组成②流体性质：粘度、重度、扩散系数等③设备型式及结构病态流动是指：设计、制造不良，即反应设备缺引起的非理想流动，如死角、短路等。1.非理想流动的起因是什么、其根源有哪些、什么是病态流动?形42.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E(t)dt和F(t)物理意义？

答：E(t)是停留时间密度分布函数：定常态下的连续流动系统中，同时进入反应器（t=0瞬间）的N个流体质点中，停留时间介于t~t+dt之间的流体质点所占的分率dN/N应为E(t)dt。F(t)是停留时间分布函数：在定常态下的连续流动系统中，相对在t=0瞬间流入反应器内的物料，在出口料流中停留时间小于t的物料所占的分率。或：流过反应器的物料中停留时间小于t(介于0~t之间)的质点所占的分率。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)物理意义？σt2：停留时间分布分散程度的量度。数学上指对于平均停留时间的二次矩。σθ2是无因此散度E(t)dt物理意义：表示同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于t与t+dt间的质点所占分率dN/N。F(t)物理意义：表示出口流体中停留时间小于t的物料（0~t范围内的质点）占进料的分率。2.什么是E(t)、F(t)、、σt2、σθ2？

E63.停留时间分布的实验测定方法主要有哪两种、如何测定、有何区别？答主要有：脉冲示踪法和阶跃示踪法1脉冲示踪法：当系统中流体达到稳定定常态流动后，在t=0瞬间，在入口处以脉冲方式(极短时间间隔Δt0)注入总量为M(浓度为C0？)的示踪剂A，同时在出口处检测CA随t的变化3.停留时间分布的实验测定方法主要有哪两种、如何测定、有何73.停留时间分布的实验测定方法主要有哪两种、如何测定、有何区别？阶跃示踪法：当系统中流体达到定常态流动后，在某一瞬间(t=0)，将流入系统的流体切换为浓度为CA0的示踪剂A，保持流动模式不发生变化，同时在出口处检测示踪剂浓度CA随t的变化。3.停留时间分布的实验测定方法主要有哪两种、如何测定、有何8脉冲法和阶跃法的比较脉冲法阶跃法示踪剂注入方法在原有的流股中加入示踪剂，不改变原流股流量将原有流股换成流量与其相同的示踪剂流股E(t)直接测得F(t)直接测得脉冲法和阶跃法的比较脉冲法阶跃法示踪剂在原有的流股中加入示踪9脉冲法阶跃法σt2脉冲法阶跃法104.示踪剂有何要求（选取原则）？答：采用何种示踪剂，要根据物料的物态、相系及反应器的类型等情况而定。1.不与主流体发生反应（无化学反应活性）。2.与所研究的流体完全互溶，除了显著区别于主流体的某一可检测性质外，二者应具有尽可能相同的物理性质4.示踪剂有何要求（选取原则）？答：采用何种示踪剂，要根据114.示踪剂有何要求（选取原则）？3.便于检测：应具有或易于转变为电信号或光信号的特点，且浓度很低时也能检测。4.对流动状态没有影响。5.示踪剂在测定过程中应守恒：不挥发、不沉淀、不吸附，用于多相系统检测的示踪剂不发生相间的转移。4.示踪剂有何要求（选取原则）？3.便于检测：应具有或易于125.平推流和全混流的E(t)~t和F(t)~t曲线各有何特征？并画图说明。答：平推流E线F线图见课本P94图4-4全混流E线F线图见课本P95图4-55.平推流和全混流的E(t)~t和F(t)~t曲线各有何特13

以E(t)和F(t)对t作图，得平推流停留时间分布函数曲线E(t)和F(t)曲线，图4-4。⑴平推流E(t)和F(t)函数特征以E(t)和F(t)对t作图，得平146.什么是返混？简述返混对不同反应体系的影响

答：返混是指不同提留时间的物料混合。影响：1.正级数反应：返混降低反应推动力，使反应速率、转化率降低；2.负级数反应：返混提高反应速率，有利于反应；3.自催化反应：返混使产物（同时又是催化剂）浓度增加，有利于反应；6.什么是返混？简述返混对不同反应体系的影响

答：返混是156.什么是返混？简述返混对不同反应体系的影响

4.平行反应：若主反应级数＞副反应级数，返混使主产物选择率下降；若主反应级数＜副反应级数，返混使主产物选择率提高；5.连串反应：返混使反应物浓度降低，产物浓度提高，因而使主产物的选择率下降。6.什么是返混？简述返混对不同反应体系的影响

4.平行反167.测定停留时间分布曲线的目的是什么？

答：停留时间的长短，直接影响转化率和反应程度。

出口物料是所有具有不同停留时间(反应程度)物料的混合物——实际转化率是平均值。为了定量确定出口物料的转化率或产物的定量分布必须定量知道出口物料的停留时间分布。

7.测定停留时间分布曲线的目的是什么？

答：停留时间的长短17

书上作业

1.全混流反应器的E(t)中，E(t)的最大值出现在t=0处，而其它设备都不是这样，试解释其原因和意义，试设想是否有其他形式的反应器的E(t)曲线的形状与全混流的E(t)曲线的相似性。答：由于全混釜具有流入的流体在瞬间内即与容器内流体达到完全混合，釜内具有完全统一的组成，且与出口流体具有相同的特点，则E(t)曲线的表达式为：

书上作业

1.全混流反应器的E(t)中，E(t)的最大值出182.脉冲测得如下数据，求E、F.t/min012345C(t)/(g/L)003566t/min678910C(t)/(g/L)432102.脉冲测得如下数据，求E、F.t/min0123419解：首先计算示踪剂总量：C0=∑CA(t)△t=(0+0+3+5+6+6+4+3+2+1+0)×1=30min·g/l采用脉冲法，则E(t)=CAi/∑CAi△t=CAi//C0F(t)=∑CA(t)/∑CA(t)=△ti∑CA(t)/C0代入数据：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：首先计算示踪剂总量：20将上述数据列表如下：t/min012345678910E(t)/min000.10.1670.20.20.1330.10.0670.0350F(t)000.10.2670.4670.6670.80.90.9671.01.0将上述数据列表如下：t/min012345678910E(t21=

∑tiCA(t)/∑CA(t)代入数据得：=(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处。其物理意义为：全混釜内返混无穷大。循环反应器的循环比接近无穷大时，具有与全混釜相近的E(t)曲线。（2）今用本反应器进行一个液相反应动力学方程为：-rA=kcAK=0.307min-平均停留时间为4.83min，如果用扩散模型，求其转化率。若用多级混合模型，转化率为多少？扩散模型由前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处。其物理意义为：全混釜内24带入公式：σ02=2/PE-2*(1/PE)*(1/PE)*(1-EXP(-PE))用视差求出pe值为12.5kБ（Б代替平均停留时间）=0.307*4.83=1.48查表4-15（书上103页）得CA/CA0=0.42，则XA=1-0.42=0.58若为全混釜N=1/σ02=6.80CA/CA0=1/(1+0.307*4.83/6.8)6.8=0.26XA=1-0.26=0.74带入公式：σ02=2/PE-2*(1/PE)*(1/PE253.一般情况下，相应于E值最大时的t，是否相应于平均停留时间，为什么？或3.一般情况下，相应于E值最大时的t，是否相应于平均停留时间264、从E曲线估计是否必要？实际反应器中的平均停留时间是否可根据来计算？

4、从E曲线估计是否必要？实际反应器中的平均停留时间是27利用CSTR的反应结果计算k，对一级反应：

利用CSTR的反应结果计算k，对一级反应：28所以XA=1-CA/CA0=1-e-ktE(t)=CA(t)/∑CA(t)△t=CA(t)/C0=CA(t)/200代入数据，算出各时间下的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.有一反应器被用于某一级反应，对该反应进行示踪——应答实验在进口处加入δ函数，示踪物在出口处的响应为已知该反应在全混釜中进行，在同样τ下，XAf=0.82，求本反应器所能获得的XAft/s1020304050607080C(t)035542109.有一反应器被用于某一级反应，对该反应进行示踪——应答实验30解：C0=∑CA(t)=（0+3+5+5+4+2+1+0）×=200s.g/lt-=

∑tiCA(t)/∑CAi代入数据：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的反应结果计算K，对一级反应τ=t-=