1.5流动模型与停留时间分布应用

1.5流动模型与停留时间分布的应用,1.5.1理想流动模型1.5.2非理想流动模型1.5.3停留时间分布（RTD）的应用,1.5.1理想流动模型,1.5.1.1平推流1.5.1.2全混流,1.5.1.1平推流-1,平推流是管式反应器中流体高度湍流时的一种合理的简化模型。在平推流模型中，所有物料粒子的停留时间都等于平均停留时间。平推流模型的E()和F()，如Fig1-28所示：,Fig1-28平推流模型的E()和F(),1.5.1.1平推流-2,平推流模型中E()和F()的特征如下：,和,和,L/d30且流速较大时，类似于此模型。,1.5.1.2全混流-1,容积为VR，流量v，某时刻阶跃法进料，浓度C0，在切换后的某一d时间内，进行物料衡算。有：进入的示踪剂量离开的示踪剂量=积累的示踪剂量+反应量=0,即：,即：,即：,二边积分，得到,即：,1.5.1.2全混流-2,阶跃法进料，有：,（1-40）,（1-39）,1.5.1.2全混流-3,阶跃法进料，有：,（1-42）,（1-41）,1.5.1.2全混流-4,对于全混釜，有：,（1-43）,1.5.2非理想流动模型,1.5.2.1多釜串联模型1.5.2.2轴向扩散模型（略）1.5.2.3组合模型的概念（略）,1.5.2.1多釜串联模型-1,用N个等容积VR的釜串联，来模拟实际反应器中的流动情况。,则每一个虚拟釜中的停留时间为：,每一个虚拟釜：a.每釜均为理想态；b.釜间没有返混；则通过物料料衡算，有：,（1-44）,1.5.2.1多釜串联模型-2,其方差为,当N=1时，2=1，即为CSTR模型N=时，2=0，即为PFR模型对于一般反应器，从实验中，测出分布，求出2N（虚拟釜数）实际的流动状态,例1-10,在例1-8中的反应器中，进行液相分解反应，动力学方程式为(rA)=kCA，k=0.307min-1，当=15min时，试求出口转化率xA？,答：实际反应器的出口转化率为96%。,解：采用多釜串联模式，虚拟釜数N=1/2=1/0.211=4.74代入式（1-22）中，有：,1.5.3停留时间分布（RTD）的应用,1.5.3.1确定模型参数N1.5.3.2定性分析流动情况,1.5.3.1确定模型参数N,N=1/2,1.5.3.2定性分析流动情况-1,对于平推流，将实测的obs与之比较，分析原因，如：Fig1-36PFR的RTD,1.5.3.2定性分析流动情况-2,常见PFR的RTD,1.5.3.2定性分析流动情况-3,常见PFR的RTD,1.测量误差2.示踪剂被吸附,1.5.3.2定性分析流动情况-4,对于CSTR，常见的情形有：如：Fig1-37CSTR的RTD,1.5.3.2定性分析流动情况-5,对于CSTR，常见的情形有：如：Fig1-37CSTR的RTD,1.5.3.2定性分析流动情况-5,对于CSTR，常见的情形有：如：Fig1-37CSTR的RTD,1.5.3.3定量分析-例1-12,利用RTD来定量估算死角、及短路的程度例1-12：某反应器VR=1m3，流量v=1m3/min，脉冲注入M0(g)示踪剂，测得出口示踪剂浓度为：C()=30e-/40，试判断流动状况。,例1-12,解：因为,所以：,由全混釜的,而VR/v=1/1=1min反应釜内存在死角，体积为Vd,可知：,例1-13-1,某气相反应塔，高20m，截面积1m2，内装填料，空隙率=0.5，气相流量0.5m3/s，液相流量0.1m3/s，在气、液入口处脉冲注入示踪剂，测得出口示踪剂浓度如图1-39。,试分析流动状况。,例1-13-2,解：在图a中，得到直线1和2的方程