chap非理想流动反应器PPT课件

1、1年龄：物料（质点）从进入反应器开始，目前已经在反应器内逗留的时间（仍旧未离开反应器）停留时间：物料（质点）从进入反应器开始，到离开反应器为止，在反应器中总共逗留的时间。这个时间也就是质点的寿命混合、返混（Back mixing）及其区别停留时间分布研究的主要应用 诊断型； 设计型第1页/共68页2 停留时间分别为t1和t2物料混合的反应速率不等于两者反应速率的平均值，即：21212/rrrrr平均第2页/共68页3物料在反应器中的逗留时间（年龄）分布是一个随机过程，可用相应概率分布规律函数定量描述第3页/共68页4 )()(tEtF，停留时间分布密度函数概率密度函数停留时间分布函数，概率函数

2、概率统计函数 2tt 方方差差，离离散散度度平平均均停停留留时时间间，数数学学期期望望值值概概率率统统计计特特征征值值第4页/共68页5第5页/共68页6 1100dttEttEt )()(00tFdttEtFttEttt tEdttdF第6页/共68页71 , 0)( )( tFNNtFt第7页/共68页8（概率密度函数）物理意义：在定态和不发生化学反应时，流过反应器的物料中，停留时间介于t和t+dt之间的物料占总流出物的分率, 0)(E )( )(tdttdFNdNtEt1)()( 0dttEF归一化tdttEtF0)()(第8页/共68页9（数学期望）表示随机变量与其平均值之间的偏离程度

3、 RVRVdVttdFdtttEdttEdtttEt010000)()( )()(022102020022)( )()()()()()()(tdttEttdFttdttEttdttEdttEttt验验测测定定。过过实实规规律律不不可可预预计计，只只能能通通反反应应器器的的停停留留时时间间分分布布分分布布函函数数的的性性质质。实实际际结结合合全全面面描描述述停停留留时时间间与与2tt 第9页/共68页10体体积流量反应器入口状况下的流空间时间 00VVVtR 以对比时间为自变量表示的停留时间分布规律010222010)()()()( )()( )()( )( dFdEdFdEddFENNF散度平

4、均停留时间停留时间分布密度函数停留时间分布函数 对比时间的定义：第10页/共68页11 220222t02022t000dEdE1dttEttdEtdE1dtttEtE1ddF1ddFdttdFtE第11页/共68页12雷诺数与流体流动类型的相互关系（红墨水实验）判定反应器内流体的流动状态示踪应答技术（激励响应） 与被测流体互溶，且无化学反应； 示踪剂不易发生相转移； 加入示踪剂不影响流型； 易于检测； 无害且价廉。第12页/共68页13 阶跃注入法 脉冲注入法 周期注入法第13页/共68页14第14页/共68页15 0 );(or 0 );(or 0 000tatCCtatCC-注注入入（激

5、激励励）应答（响应）： t时刻流出的物料中的示踪剂为两部分组成，一部分是t=0时刻之前进入的，另一部分是t=0时刻之后进入的 000001CCCCtFtFVCtFVCVC因此，第15页/共68页16如果阶跃输入前物料中不含示踪物时，则 0 CCtF响应：202022022000)()()()()()()()()(tCCttdttEtdttEttCCttFttttEdtttEttCCtCCttFdttdFtEto 0 ;0 ; 0 0tatCtatC激励第16页/共68页17t2t第17页/共68页18第18页/共68页19第19页/共68页20第20页/共68页21 000 ; 00 ;0 ;

6、 0 ttatttatCtatC激励激励第21页/共68页22 在t0时间间隔内向流量为V的流体中加入总量为m的示踪物，则 2002200000000000000 tCCtCtCttCCCdtCCVCdtVCmVdttdFtECCCdtCdtmVCdtVCdtVCdtmmtFVCdtmVCdtmtttttttt 示踪剂的总量为：示踪剂的总量为：第22页/共68页23t2t第23页/共68页24000CtVtVCVCdtm 0CtCmVCtE 000CCCmtVtFtt00CtCt20022022tCCttCtt第24页/共68页25 sCtCt4 .374501872000 222002202

7、2306084 .374508539200stCCttCtt第25页/共68页26第26页/共68页27第27页/共68页28CSTR第28页/共68页29 tt 0tt0 0 0 0t 0 0 0000 ctcctc脉脉冲冲示示踪踪法法阶阶跃跃示示踪踪法法 0 1 1 1 0)( 1 11 0 0 0)( 1 0 22 tE)F(tttttttEttttF(t)tPFRt特征值特征值特征值特征值应答应答激励过程的数学描述：第29页/共68页30 1!111 1 1ln0, 0, 0: 002222100000000000000dedEandxexdedEeddFEeccFecceccCCCC

8、dCctdCCdCCCddCdtdCdtdCVVCCdtdCVVCVCdtdCVVCVCnaxnCRRR内积分在边界条件积累输出输入第30页/共68页31 0 1 1 1 0)( 1 11 0 0 0)( 1 0 22 tE)F(tttttttEttttF(t)tPFRt特征值特征值特征值特征值应答应答 1 1 )( 10 1 0 20 teE-ecc)F(ctCSTR特特征征值值边边界界条条件件：应应答答10 e 1 0 222 actorROtherCSTRPFR第31页/共68页32第32页/共68页33第33页/共68页34第34页/共68页35第35页/共68页36 的函数。等）和时

9、间，是反应条件（单个微元的转化率，或：续函数，如果停留时间分布是连之间的微元的分率和停留时间在间的微元达到的转化率之和停留时间在tCPTtxtdFtxxdttEtxxttttttxiAAAfAAftAf )()( )( 则可写成积分的形式1000第36页/共68页37第37页/共68页38时间 t/s示踪剂浓度 C/g.m-3F(t)CCktexp00001206.50.130.087224012.50.250.112436012.50.250.075448010.00.200.04646005.00.100.01367202.50.050.00458401.00.020.0012960000

10、1080000500.33476653. 03347. 01exp10CCktxA第38页/共68页39第39页/共68页40V0, c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci,第40页/共68页41 broutinFFFF 1dtdcVVcVciRiii积累量输出量输入量0110)( ccFNcNcddcdtdcVVcVctVNVNiiiiRiiiRi对阶跃输入法存在关系得：则由；令第41页/共68页42NieccNcNcddctatc1 0 ; 0 , 0 01011解得示踪物衡算方程边界条件 NecceNcNcNcddctatcNN11 1 0 ; 0 0 0201222解得示踪

11、物衡算方程，边界条件第42页/共68页43 20302333! 211111 11 0 0 0 NNeccNeNcNcNcddctatcNN！解得示踪物衡算方程；，边界条件 120!11.! 211111NNNNNNNecc！第43页/共68页44 NNNNNNNNNNNNeNNeNNNNNNNNeNNNNNeEddFENNNNeFccF112212120! 1! 1 ! 21.! 21111 ! 11.! 21111 !11.! 211111 ！得由！得由第44页/共68页45 1!1 ! ! 1 10100NNnaxnNNNNNNNandxexdeNNdE NNNNNNNNdeNNdeNN

12、dEdENNNNNNNN1 111!1!1 1!1!1 22012012002222第45页/共68页46 第46页/共68页47 NkxNttEtFiNiANt式中：，前一章有：对等温一级不可逆反应或停留时间分布实验数据11122第47页/共68页48sMEsmkmolNdldcENAAA/:22第48页/共68页49dlAtcdlArAlcEdllccuAAdllcclEucATATATAAATTAAAT积累反应轴向扩散出流出轴向扩散入流入dldllccuAAATATucATAAAdllcclETAAlcE第49页/共68页50反应器总长令无因次化：，因此对示踪实验，: , 00 2202

13、222LzczcuLEcLlztccclculcEtcrrtclculcEAAAAAAAAAA第50页/共68页51. 0 0 0 0 ,1 22开边条闭边条；闭闭边条；开开式边条；闭开四种边界条件否发生流型变化，共有依流体进出反应器时是同的结果。不同的边界条件会有不流型与边界条件有关，非理想反应器扩散系数平推流扩散系数全混流扩散系数。数值越大返混程度越小扩散量的比值的物理意义：流动量与数彼克列令：PeEifPFRPeEifCSTRPeEifPezczcPecPecletEuLPe第51页/共68页52第52页/共68页53 xerfxerferferfdxexerfPeerfFccxx001

14、212121002误差函数的性质误差函数 22218221 41exp21PePePePePeddFE特征值exp11 21 2PePePe特征值第53页/共68页54第54页/共68页550rtclculcEAAA2A20dldcLldldcEcuuc0LBC0rdldcudlcdELA0A00A0AAA2A2时时:第55页/共68页56 2Pe12Pe12Pe4x1cc1ZLlPek41EulPeLlZ2Pe12Pe1Z12Pe2Pe12Z12Pe2Pe12x1cc22A0AA22A0AAexpexpexp/expexpexpexpexpexp即反应器出口处式中：第56页/共68页57 2

15、Pe12Pe12Pe4x1PettEtF22A22texpexpexp应可解。仅对等温一级不可逆反或停留时间分布实验数据第57页/共68页58 st4 .374 2230608st 试用轴向扩散模型中的开-开式边值条件及闭-闭式边值条件计算例3-3中反应器出口物料的转化率。解：本题中:第58页/共68页59 stPetPe65.321164. 14 .374164. 1164. 1186.122121186.12163. 1186.1265.3211033. 341413Pek第59页/共68页60631. 0369. 012186.12163. 1exp163. 112186.12163. 1exp163. 112186.12exp163. 142exp12exp12exp412222 PePePexA第60页/共68页614 .374039. 8tPe273. 1039. 84 .3741033. 341413Pek671. 0329. 012039. 8273. 1exp273. 112039. 8273. 1exp273. 112039. 8exp273. 1422Ax第61页/共68页62713. 04 .3741