非理想流动反应器设计课件.ppt

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1、非理想流动反应器设计第1页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 统计平均法统计平均法是求解非理想反应器平均反应结果的有效方法！（1）统计个体是什么？（物料粒子）（2）统计指标是什么？（停留时间）（3）统计函数是什么？（分布函数）（4）统计方法是什么？（示踪实验测定）（5）统计结果是什么？（统计特征值）第2页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 求解非理想反应器平均反应结果的关键问题用什么方法将统计结果与反应器平均结果联系起来？数学模型方法用理想反应器来模拟非理想反应器从 PFR 到轴向扩散模型：从 CSTR 到 多釜串联模型：最后由模型参数计算非理想反应器的平均结果。第

2、3页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.2 停留时间分布（RTD）的数字特征及无量纲化4.1 流体物料粒子的停留时间分布函数和分布密度函数4.3 理想流动模型4.4 非理想流动模型4.5 非理想流动反应器设计4.6 混合质量对反应的影响第4页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.1 物料粒子的停留时间分布函数和分布密度函数（1）流体物料粒子自反应器进口流入的那一刻算起，到 反应器出口流出的那一刻为止，所经历的时间，称 为流体物料粒子在反应器内的停留时间。停留时间示意图第5页，此课件共114页哦年龄存留于反应器内的停留时间，但没 有流出反应器寿命在反应器内所经历的总

3、停留时间，但已流出反应器。第四章 非理想流动反应器设计（2）停留时间有年龄和寿命之分停留时间年龄和寿命示意图寿命（lifetime）年龄（time of life）第6页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（3）流体物料粒子大量流体分子或原子集合体。其大小：与宏观粒子相比可忽略不计，与微观粒子相 比是许许多多个流体分子的集合体。其性质参数：具有统计规律。意义：是一个假设的概念模型，且不具实际大小，作 为整体物料的个体单元，用以描述反应器内物 料的流状况，建立停留时间分布函数。第7页，此课件共114页哦定义：当流体物料稳定流入反应器时，瞬间加入N个第二种惰性流体粒子，在停留时间0t内

4、流出的粒子数 在总粒子数N中的分率，用“F(t)”表示，即（无因次）4.1.1 体停留时间分布的定量描述第四章 非理想流动反应器设计（1）停留时间分布函数 F(t)注意：F(t)是累计函数，总是以0为起点，到时间的累积之和某时间段的分布函数应为：（4-1）第8页，此课件共114页哦RTD试验测定示意图100颗例如：第四章 非理想流动反应器设计第9页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计经停留时间分布实验测定，得到反应器出口物料数据见下表：tt+t0224466881010121214ni0830391850试计算任意时间t的分布函数值和各时间段的分布函数值。【解】计算任意0t 时间的

5、分布函数值因分布函数是累积函数，须将实验结果整理成累积值，再计算F(t)值，结果见下表第10页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计0t2468101214ni08387795100100F(t)00.080.380.770.951.00 1.00 计算举例：当t=6时，06时间的粒子数为38，总粒子数N 为100颗，分别代入分布函数的定义式，可求得同理，可计算任意时间的分布函数值，分别列入表中，并在 tF(t)坐标上绘图，将得到停留时间分布函数曲线：第11页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计渐近线S型曲线第12页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 计算各

6、时间段 t 的分布函数值tt+t0224466881010121214ni0830391850F(t)00.080.300.390.180.050.0计算举例：同理可计算其它各时间段的分布函数值，见上表。第13页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2）停留时间分布密度函数E(t)定义：停留时间分布函数 F(t)在某时间段 tt+dt 内的平均变化率称为停留时间分布密度函数，用“E(t)”表示，即（时间-1）（4-2）物理意义：反映了某时间段流出惰性粒子数的平均分 率，能真正体现停留时间的分布特性。意义：第14页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 表达了分布函数 F(

7、t)和分布密度函数 E(t)的关系 说明分布函数 F(t)可进行数学上的归一化（4-4）（4-3）第15页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计tt+t0224466881010121214ni0830391850F(t)00.080.300.390.180.050.0E(t)00.040.150.1950.090.0250.0例如：根据前面求得的时间段分率可得分布密度函数值如下：计算举例：同理可计算其它任何时间段的分布密度函数值，见上表。第16页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计停留时间分布密度函数条形分布图和分布曲线第17页，此课件共114页哦用一定的方法将示踪剂加

8、到反应器进口，然后在反应器出口物料中检验示踪剂信号，以获得示踪剂在反应器中停留时间分布的实验数据。选择示踪剂的原则1、不与主流体反应；2、物理性质相近；3、有别于主流体的可测性；4、多相检测不发生相转移；5、易于转变为光、电信号。第四章 非理想流动反应器设计4.1.2 停留时间分布（RTD）的实验测定第18页，此课件共114页哦（1）阶跃法三通红墨水桶清水桶接水桶实验现象（1）切换后接水桶颜 色变成淡红色（2）随着时间的延长 接水桶颜色不断 加深（3）最后接水桶和红 墨水桶颜色一致第19页，此课件共114页哦阶跃法实验装置VRVC=C0C=0示踪剂浓度V切换前记录仪C(t)切换前的信号切换后的

9、信号三通阀切换后45V含示踪剂物料第20页，此课件共114页哦阶跃法进出口信号特征曲线在切换时做到：出口示踪剂最大浓度：C(t)=C()=C0短与快，不留痕迹输入信息应答信息第21页，此课件共114页哦1、当时间 t=0 时，出口C(t)=0的含义是什么？思考题：2、当时间 t=t 时，出口C(t)的含义是什么？3、当时间 t=时，出口C()=C0的含义是什么？出口物料中没有停留时间为0的物料粒子。停留时间小于 t 的物料粒子已全部流出。只要停留时间无限长，切换前存于反应器内的初始物料粒子将全部被含示踪剂的物料所置换。第22页，此课件共114页哦对进出口示踪剂进行物料衡算阶跃法中示踪剂的输入量

10、不随时间变化：假设：其中停留时间小于 t 的物料粒子有：又因为当t=t时，停留时间小于 t 的物料粒子将全部从反应器的出口流出：停留时间小于 t的物料粒子占总粒子数中的分率第23页，此课件共114页哦阶跃法测定原理（1）用于直接测定停留时间分布函数 F(t)；（2）经无限长时间后，说明反 应器内原来存有的物料已全部被置换出来。意义和特点：76（4-5）第24页，此课件共114页哦（2）脉冲法使物料以稳定的流量V通过反应器，然后在某个时刻（t=0时），注意入一定量的示踪剂，并保持混合物的流量不变，同时在出口流中测定示踪剂浓度C(t)随时间t的变化情况。加入少量示踪剂检测某时间段流出示踪剂脉冲法测

11、定停留时间分布示意图第25页，此课件共114页哦dt 时间段流出示踪剂量为0t 时间段流出示踪剂量为0 时间段流出示踪剂量为当时间无限长时，加入的示踪剂量会100%的流出，因此（4-6）（4-7）第四章 非理想流动反应器设计第26页，此课件共114页哦由停留时间分布函数定义，得由停留时间分布函数和分布密度函数的关系，得（4-8）（4-9）脉冲法直接测定的是停留时间分布密度函数！第四章 非理想流动反应器设计第27页，此课件共114页哦脉冲法进出口信号特征曲线脉冲注入出口应答注射的时间越短越好第28页，此课件共114页哦【例4-1】测定某一反应器停留时间分布规律，示踪剂脉冲注入反应器，测定出口浓度

12、随时间变化关系如下表表例4-1-1 出口示踪剂浓度随时间的变化时间t/min0123456789101214出口示踪剂浓度c/(g/m3)015810864321.50.60第四章 非理想流动反应器设计画出C(t)、E(t)函数随时间变化的关系曲线，并确定在反应器内停留时间在36分钟以及不超过3分钟的流体所占的分率，求停留时间分布函数F。【解】（1）C(t)函数曲线可直接根据测定结果会出，见图 4-3所示。第29页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计图4-3 C(t)函数曲线图4-4 E(t)函数曲线比较两个图形，可以进一步表明，脉冲法测得的浓度函数随时间的变化趋势与分布密度函数随

13、时间变化趋势完全一致。第30页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2）绘制E(t)函数曲线前，须将测定结果进行处理，如下：表例4-1-2 停留时间分布密度函数随时间的变化时间t/min0123456789101214出口示踪剂浓度c/(g/m3)015810864321.50.60E(t)00.020.100.160.200.160.120.080.060.0440.030.0120根据脉冲法直接测定的浓度函数与分布密度函数的关系当此式用于实验数据计算时，需转化成下列求和形式：第31页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计因其中：所以：将不同 C(t)代入上式，即可求得

14、不同时间段的 E(t)值，如 t=7min,同理可求得其它任何时间下的 E(t)值，见表例4-1-2第32页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（3）计算分布函数F根据F(t)与 E(t)关系：（4-4）当上式用于实验数据计算时，应转换成下列形式：由此就可以计算出不同时间下的 F(t)值，例如当 t=5 min 时，当 t=12 min 时，第33页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计不同时间下的F(t)t/min0123456789101214E(t)00.020.10.160.20.160.120.080.10.0440.030.0120F(t)00.020.120

15、.280.480.640.760.840.90.940.971.001注意：在应用求和公式时，一定要看时间间隔t是否相同，如果不同，则不能提到求和算符“”前运算。第34页，此课件共114页哦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)F(t)两种实验方法的比较第35页，此课件共114页哦4.2 停留时间分布的数字特征及无量纲化1、数学期望2、方差统计特征值所有物料粒子停留时间的“加权平均值”统计平均值离散度各物料粒子停留时间与平均停时间的差的平方的加权平均值。整体符号不参与运算第36页，此课件共114页哦讨论1、数学期望与平

16、均停留时间的联系与区别（1）两者在意义上不同：整个物料在设备内的平均停留时间。各个物料微团的平均停留时间。考察对象的范围不同（总体平均值）（统计平均值）第37页，此课件共114页哦（2）两者在数值上相等，即 因为流型只改变物料粒子的停留时间分布，不改变平均停留时间：不管设备内流型怎样，也不管个别粒子的停留时间如何，只要物料体积流量V和反应器体积VR的比值相同。第38页，此课件共114页哦讨论2、数学期望的运算可以用分布函数F(t)运算可以用分布密度函数E(t)的归一性化简第39页，此课件共114页哦对于离散型测定值，可以用加和代替积分值（4-18）若时间区段划分均匀，则讨论3、方差的运算可以用

17、分布密度函数E(t)的归一性化简第40页，此课件共114页哦如果是离散型数据，将积分改为加和：（4-20）（区段划分均匀）讨论4、对比时间（1）对比时间的定义：（2）对比时间的意义：可消除单位的局限性。第41页，此课件共114页哦（3）无量纲分布函数的表达（分布函数与时间单位无关）第42页，此课件共114页哦即第43页，此课件共114页哦整理，得因此，无量纲方差等于量纲方差与平均停留时间的平方之比。在应用时一定要记住：第44页，此课件共114页哦 在达到定态操作的反应器进口物料中，用脉冲法注入有色染料，于出口用比色法测定有色示踪物浓度随时间的变化，见下表。设过程中物料密度不变，试确定物料的平均

18、停留时间与停留时间分布函数，并计算方差.【解】（1）求平均停留时间【补充例题】t(s)01202403604806007208409601080c(t)/(g/m3)0.0 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 0.0 0.0 先将连续函数转换成间段函数，用于实验数据的计算。第45页，此课件共114页哦（2）求分布函数（前面已计算）第46页，此课件共114页哦（3）求方差例4-1P120第47页，此课件共114页哦课前复习1、停留时间分布实验测定的两种方法阶跃法直接测定分布函数脉冲法直接测定分布密度2、停留时间分布的数字特征数学期望平均停留时间方 差停留时间离散程度第4

19、8页，此课件共114页哦课前复习3、用对比时间表示的停留时间分布对比时间分布函数分布密度方 差第49页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.3 理想流动模型（1）流动模型用一组特征参量描述流动反应器内物料 流动状况的数学方程。特征参量流体物料粒子在反应器内的停留时间、停留时间分布、平均停留时间和方差。流动状况流体物料粒子在反应器内的返混程度。数学方程分布函数、分布密度函数、平均停留时 间和方差的数学表达式。第50页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2）理想流动模型对流动反应器内物料的流动状况进行 理想化假设以后所建立的流动模型。平推流模型假设径向混合均匀各参数不随

20、径向变化轴向无返混好像一个活塞平行推 过流动管式反应器。全混流模型假设达到最大程度的返混。使整个流动反 应器内的物料粒子混合均匀，以至器 内物料的各参数与出口一致，第51页，此课件共114页哦4.3.1 平推流模型第四章 非理想流动反应器设计（1）停留时间分布函数（2）停留时间分 布密度函数（3）方差（4）平均停留时间第52页，此课件共114页哦流入的示踪剂量=流出的示踪剂量+示踪剂的积累量第四章 非理想流动反应器设计4.3.2 全混流模型建立全混流模型必须对反应器进行示踪剂物料衡算阶跃法：第53页，此课件共114页哦（4-5）与之对应的积分式：第四章 非理想流动反应器设计由阶跃法直接测定的浓

21、度函数与分布函数的关系，可得两边同去对数，得第54页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（3）方差因此，可得到全混流模型如下：（1）分布函数：（2）分布密度函数：（4）平均停留时间第55页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计两种理想流动模型之比较PFR 模型:无返混，方差CSTR 模型:返混程度最大，方差由此可以推断非理想流动模型：返混程度将处在两理想流动模型之间模型方差值反映了流动反应器内流体物料粒子的返混程度！第56页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.4 非理想流动模型4.4.1 多釜串联模型4.4.2 轴向混合模型（m为串联级数）（为皮克莱准数）

22、第57页，此课件共114页哦多极串联全混流数学模型（1）（2）（3）（4）4.4.1 多釜串联模型第四章 非理想流动反应器设计第58页，此课件共114页哦级内为全混流；级间无返混；各级存料量相；对示踪剂作物料衡算：对示踪剂作物料衡算：进入量流出量积累量进入量流出量积累量假设第四章 非理想流动反应器设计第 i 个釜：代入上式，得m个串联釜中的第 i 釜第59页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计即 积分上式 ，得去左边对数，得第60页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计对于第一釜：对于第二釜：，并将 代入整理得即（4-34）第61页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反

23、应器设计这是个非齐次线性微分方程，不能直接分离变量求解，可根据方程 的通解为解得第二釜的示踪剂出口浓度为（4-35）第62页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计对于第三釜：将 代入并整理，得由一阶非齐次微分方程的通解公式解得（4-36）第63页，此课件共114页哦由此可推得第 m 釜的示踪剂出口浓度第四章 非理想流动反应器设计由阶跃法的浓度函数与分布函数关系得多釜串联模型如下：（4-37）（4-38）（1）分布函数第64页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2）分布密度函数（3）平均无量纲时间（4）方差第65页，此课件共114页哦（1）（2）（3）（4）4.4.2 轴

24、向混合模型其中：第四章 非理想流动反应器设计第66页，此课件共114页哦 对实际反应器，处理时在平推流的基础上迭加一 个轴向混合来进行校正。适合于不存在死角、短路和循环流、返混程度较 小的非理想流动模型。模型参数是轴向混合弥散系数EZ，停留时间分布 可表示为EZ的函数。基本要点：第四章 非理想流动反应器设计第67页，此课件共114页哦V0V0轴向流动弥散传质输入输出积累单位面积：DZ弥散系数第四章 非理想流动反应器设计第68页，此课件共114页哦(4-40)通常将（4-40）写成无因次形式第四章 非理想流动反应器设计第69页，此课件共114页哦（4-41）第四章 非理想流动反应器设计第70页，

25、此课件共114页哦Pe 称为 Peclet（皮克莱）准数，亦称为轴向混合模型参数，其物理意义为：讨论：活塞流：全混流：根据 Pe 值判断流动类型第四章 非理想流动反应器设计第71页，此课件共114页哦 根据边界条件，可得到方程 根据边界条件，求解上述方程，可得到示踪法测定停留时间分布出口的应答曲线第四章 非理想流动反应器设计其中：第72页，此课件共114页哦（4-49）第四章 非理想流动反应器设计其中：分布函数第73页，此课件共114页哦（4-48）第四章 非理想流动反应器设计 平均停留时间 密度函数（1 1）离散程度较小的模型（服从正态分布）离散程度较小的模型（服从正态分布）第74页，此课件

26、共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2 2）离散程度较大的扩散模型）离散程度较大的扩散模型 闭式容器闭式容器在试验段以外为平推流的停留时间在试验段以外为平推流的停留时间分布测试方法，称为闭式。如右图所示分布测试方法，称为闭式。如右图所示示踪剂加入示踪剂加入示踪剂检出示踪剂检出闭式容器示意图闭式容器示意图第75页，此课件共114页哦 开式容器开式容器在试验段流形无变化的停留时间在试验段流形无变化的停留时间分布测试方法，称为开式。如右图所示分布测试方法，称为开式。如右图所示第四章 非理想流动反应器设计示踪剂检出示踪剂检出闭式容器示意图闭式容器示意图示踪剂加入示踪剂加入第76页，此课件共114

27、页哦第四章 非理想流动反应器设计4.5 非理想流动反应器设计非理想流动反应器设计（1）直接用动力学方程和分布密度函数计算）直接用动力学方程和分布密度函数计算 （离析流模型）（离析流模型）（2）用轴向扩散模型计算）用轴向扩散模型计算（3）用多级全混流模型计算）用多级全混流模型计算第77页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.5.1 直接用分布密度函数计算平均浓度或平均转化率依据：关键：源于停留时间分布测定或流动模型；源于动力学方程或测定。第78页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计例如：用于反应的闭式容器的连续响应值如下表例如：用于反应的闭式容器的连续响应值如下表现容器

28、中进行一分解反应，反应速度为现容器中进行一分解反应，反应速度为求在实际反应器中未转化的反应物的百分率，并与同样求在实际反应器中未转化的反应物的百分率，并与同样大的活塞流反应器的未转化百分率进行比较。密度变化大的活塞流反应器的未转化百分率进行比较。密度变化可忽略。可忽略。时间时间/分分0 05 5101015152020252530303535示踪剂示踪剂/(克克/升升)0 03 35 55 54 42 21 10 0第79页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计解解:（1）由试验数据计算分布密度函数值）由试验数据计算分布密度函数值其中其中因此，各时间的分布密度函数值如下表因此，各时间

29、的分布密度函数值如下表时间时间/分分0 05 510101515202025253030 E(t)E(t)值值0 00.030.03 0.050.05 0.050.05 0.040.04 0.020.02 0.010.01第80页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（3）计算活塞流反应器未反应物百分率）计算活塞流反应器未反应物百分率（2）计算平均停留时间）计算平均停留时间第81页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计即即所以在活塞流反应器中未转化反应物的百分率为所以在活塞流反应器中未转化反应物的百分率为1%。（4）计算实际反应器未反应物百分率）计算实际反应器未反应物百分率

30、第82页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计因此，实际反应器中的平均浓度为因此，实际反应器中的平均浓度为即即其数值计算过程见后的数值积分表。其数值计算过程见后的数值积分表。计算结果为计算结果为 ，即实际反应器中的未转化，即实际反应器中的未转化反应物的百分率为反应物的百分率为4.69%。第83页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计t tE(t)E(t)ktktexp(-kt)exp(-kt)exp(-kt)E(t)texp(-kt)E(t)t5 50.030.031.53 1.53 0.2154 0.2154(0.2154)(0.03)(5)=0.0323(0.2154)

31、(0.03)(5)=0.032310100.050.053.07 3.07 0.0464 0.0464 0.01160.011615150.050.054.60 4.60 0.0100 0.0100 0.00250.002520200.040.046.14 6.14 0.0021 0.0021 0.00040.000425250.020.027.68 7.68 0.0005 0.0005 0.00010.000130300.010.019.21 9.21 0.0001 0.0001 0 0exp(-kt)E(t)t=0.0469exp(-kt)E(t)t=0.0469数值积分表数值积分表第84

32、页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.5.2 用轴向扩散模型计算反应器其中：当 n=1 时，（4-62）第85页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.5.2 用多级全混流模型计算反应器第86页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计【例4-2】在直径10cm，长6.36m的管式反应器中进行等温一级反应AB，反应速率常数为k=0.25/min，脉冲示踪实验结果如下t/min0123456789101214c/(mg/L)01581086432.21.50.60试分别以：（1）闭-闭式边界的扩散模型；（2）多釜串联模型；（3）平推流模型；（4）全混流模型，计算

33、反应出口转化率。第87页，此课件共114页哦【例4-3】对于第3章例3-7的二级反应等温稳态真实流动的管式反应器中进行皂化反应，用脉冲示踪实验测得该真实管式反应器的停留时间结果如下第四章 非理想流动反应器设计t/min0123456789101214c/(mg/L)01581086432.21.50.60乙酸乙酯和氢氧化钠的初始浓度均为0.2（mol/L），反应速率常数等于5.6L/(mol.min)，体积加料量为20m3/h，计算得在平均停留时间下的平推流反应器最终转化率为85.22%，反应器体积为1.73m3。试分别计算达到同样转化率时的真实反应器体积和同样理想体积时的真实转化率。第88页

34、，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计【例4-4】有一管式反应装置经脉冲示踪法实验测得如下所示的示踪剂浓度cg数据（）t/min0246810121416c/kg/m306.512.512.51052.510（1）根据表列数据确定该装置的有效容积VR、平均停留时间 和方差；（2）应用多釜串联模型来模拟此反应装置，进行二级反应：在操作温度下速率常数 ，试用图解法推算出口浓度和转化率。第89页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计【解】应用实验数据计算 E(t)值序号123456789ti0246810121416c/kg/m306.512.512.51052.510用辛普森公

35、式计算时，第1组和第9组数据前系数均为1；第2，4，6，8组数据前系数均为4；第3，5，7组数据前系数均为2。第90页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计其中第91页，此课件共114页哦解：（1）用轴向混合模型例1、某反应器的体积为12L，物料以0.8L/min的流量流过反应器，在反应器中进行液相分解反应，动力学方程为 rA=kcA，=15min，k=0.307 min-1，停留时间分布的方差为0.211，试用轴向混合模型和多釜串联模型计算出口转化率。第四章 非理想流动反应器设计其中：第92页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计总平均停留时间：对于一级反应：第93页，此

36、课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计第94页，此课件共114页哦（每一级CSTR的平均停留时间）（2）用多釜串联模型第四章 非理想流动反应器设计第95页，此课件共114页哦0 20 40 60 80 t(s)c(t)例2、某全混流反应器VR=1m3，流量V=1m3/min，脉冲注入M0克示踪剂，出口示踪剂浓度随时间的变化为 如图所示，试判断反应器中有无死角存在。第四章 非理想流动反应器设计第96页，此课件共114页哦解：（脉冲法）两者比较，得第四章 非理想流动反应器设计第97页，此课件共114页哦空间平均停留时间：统计平均停留时间：两者不相等，说明反应器中有死角存在，有些物料粒子没有流

37、出，导致统计平均停留时间不等。由反应器体积和体积流量求得：第四章 非理想流动反应器设计第98页，此课件共114页哦t(s)t(s)例3、某气液反应器，高20m米，截面积1m2。内装填料的空隙率为0.5。气液流量分别为0.5m3/s和0.1m3/s。在气液入口脉冲注入示踪剂，测得出口流中的示踪剂浓度如图所示，试分析塔中有无死体积。气相曲线液相曲线第四章 非理想流动反应器设计第99页，此课件共114页哦解：对气相，由图可知直线1与2的方程分别为：因此平均停留时间为：（脉冲法分布密度函数式）第四章 非理想流动反应器设计第100页，此课件共114页哦塔内流动气体所占体积为：对于液体，由于曲线对称，因此

38、液体的平均停留时间为40s，所以塔内流动液体的体积为：第四章 非理想流动反应器设计第101页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计第102页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.6 混合质量对反应的影响 连续流动反应器中的混合进料的喷射（2）机械搅拌（1）分子扩散（3）混合方式示意图第103页，此课件共114页哦（2）宏观混合：微元粒子间的混合（1）微观混合：分子层级上的分散物料粒子间相互没有影响和作用第四章 非理想流动反应器设计4.6.1 微观混合与宏观混合物料粒子内的均匀程度分子扩散（3）达到微观混合的流体称为微观流体。（4）达到宏观混合的流体称为宏观流体。第104

39、页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计4.6.2 微观混合与宏观混合对化学反应的影响（1）BSTR和PFR不存在返混没有返混就没有影响。（2）CSTR返混程度达到最大有返混就有影响。举例说明：假设有两个体积相同的流体微元（粒子），进行同一个单一反应 rA=kcAn，反应物A的浓度分别为CA1和CA2。试分析两者的反应速率有和不同？第105页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 假如两个流体微元实现了微观混合对应的平均反应速率为第106页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计 假如两个流体微元处于宏观混合状态对应的平均反应速率为第107页，此课件共114页哦第四

40、章 非理想流动反应器设计 两者的平均反应速率之比较宏观混合微观混合比较结果：微观混合宏观混合第108页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计宏观混合微观混合比较结果：微观混合=宏观混合第109页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计宏观混合微观混合比较结果：宏观混合微观混合第110页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计【例4-5】有一反应系统，由一全混流反应器及一平推流反应器串联组成，测得的停留时间分布如图4-7所示。今有一反应物在其中进行二级不可逆反应，设 两个等体积装置的总平均停留时间 求物料为宏观流体时的转化率，并与为微观流体时的结果相比较。第111页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计【解】（1）微观流体，先考虑CSTR在前。对于CSTR：（请思考：为什么？）对于PFR：第112页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（2）微观流体，再考虑PFR在前。对于全混流：第113页，此课件共114页哦第四章 非理想流动反应器设计（3）对于宏观流体每个微元粒子相当于一个BSTR 只要停留时间分布相等，结果就必然相同。现取全混釜在后作为计算 E(t)函数的依据第114页，此课件共114页哦