chap3非理想流动反应器ppt课件

1、年龄：物料质点从进入反应器开始，目年龄：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前已经在反应器内逗留的时间仍旧未离开反应器）开反应器）停留时间：物料质点从进入反应器开始，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的时间。这个时间也就是质点的寿命混合、返混混合、返混Back mixing及其区别及其区别停留时间分布研究的主要应用停留时间分布研究的主要应用 诊断型；诊断型； 设计型设计型 停留时间分别为停留时间分别为t1和和t2物料混合的反应速率物料混合的反应速率不等于两者反应速

2、率的平均值，即：不等于两者反应速率的平均值，即：21212/rrrrr平均)()(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 1100dttEttEt )()(00tFdttEtFttEttt tEdttdF1 , 0)( )( tFNNtFt, 0)(E )( )(tdttdFNdNtEt1)()( 0dttEF归一化tdttEtF0)()( RVRVdVttdFdtttEdttEdtttEt010000)()( )()(022102020022)(

3、 )()()()()()()(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 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：对比时间的定义： 2202

4、22t02022t000dEdE1dttEttdEtdE1dtttEtE1ddF1ddFdttdFtE 0 );(or 0 );(or 0 000tatCCtatCC-注注入入（激激励励）应对呼应）：应对呼应）： t t时刻流出的物料中的示踪剂为两部时刻流出的物料中的示踪剂为两部分组成，一部分是分组成，一部分是t=0t=0时刻之前进入的，另一部分是时刻之前进入的，另一部分是t=0t=0时刻之后进入的时刻之后进入的 000001CCCCtFtFVCtFVCVC因此，如果阶跃输入前物料中不含示踪物时，那如果阶跃输入前物料中不含示踪物时，那么么 0 CCtF响应：202022022000)()()(

5、)()()()()()(tCCttdttEtdttEttCCttFttttEdtttEttCCtCCttFdttdFtEto 0 ;0 ; 0 0tatCtatC激励t2t 000 ; 00 ;0 ; 0 ttatttatCtatC激励激励 2002200000000000000 tCCtCtCttCCCdtCCVCdtVCmVdttdFtECCCdtCdtmVCdtVCdtVCdtmmtFVCdtmVCdtmtttttttt 示踪剂的总量为：示踪剂的总量为：t2t000CtVtVCVCdtm 0CtCmVCtE 000CCCmtVtFtt00CtCt20022022tCCttCtt sCtC

6、t4 .374501872000 2220022022306084 .374508539200stCCttCttCSTR激励与响应过程的物理描述：激励与响应过程的物理描述： 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：激励过程的数学描述： 1!111 1 1ln0, 0, 0: 002222100000000000000dedEandxexdedEeddFEeccFecc

7、eccCCCCdCctdCCdCCCddCdtdCdtdCVVCCdtdCVVCVCdtdCVVCVCnaxnCRRR内积分在边界条件积累输出输入 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值。值。将非理想流动对反应的影响明显化了。将非理想流动对反应的影响明显化了。 的函数。等）和时间，是反应条件（单个微元的转化率，或：续函

8、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)CCktexp00001206.50.130.087224012.50.250.112436012.50.250.075448010.00.200.04646005.00.100.01367202.50.050.00458401.00.020.00129600001080000500.33476653. 03347. 01exp10CCktxA多级

9、串联混合槽模型计算：V0, c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci, 各级CSTR反应器停留时间分布规律的计算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NieccNcNcddctatc1 0 ; 0 , 0 01011解得示踪物衡算方程边界条件NecceNcNcNcddctatcNN11 1 0 ; 0 0 0201222解得示踪物衡算方程，边界条件20302333! 211111 11 0 0 0 NNeccNeNcNcNcddctatc

10、NN！解得示踪物衡算方程；，边界条件120!11.! 211111NNNNNNNecc！ NNNNNNNNNNNNeNNeNNNNNNNNeNNNNNeEddFENNNNeFccF112212120! 1! 1 ! 21.! 21111 ! 11.! 21111 !11.! 211111 ！得由！得由 1!1 ! ! 1 10100NNnaxnNNNNNNNandxexdeNNdE NNNNNNNNdeNNdeNNdEdENNNNNNNN1 111!1!1 1!1!1 22012012002222 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111

11、22sMEsmkmolNdldcENAAA/:22dlAtcdlArAlcEdllccuAAdllcclEucATATATAAATTAAAT积累反应轴向扩散出流出轴向扩散入流入dldllccuAAATATucATAAAdllcclETAAlcE反应器总长令无因次化：，因此对示踪实验，: , 00 2202222LzczcuLEcLlztccclculcEtcrrtclculcEAAAAAAAAAA. 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

12、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 xerfxerferferfdxexerfPeerfFccxx001212121002误差函数的性质误差函数 22218221 41exp21PePePePePeddFE特征值exp11 21 2PePePe特征值0rtclculcEAAA2A20dldcLldldcEcuuc0LBC0rdldcudlcdELA0A00A0AAA2A2时时: 2Pe12Pe12Pe4x1cc1ZLlPek41EulPeLlZ2Pe12Pe1

13、Z12Pe2Pe12Z12Pe2Pe12x1cc22A0AA22A0AAexpexpexp/expexpexpexpexpexp即反应器出口处式中： 2Pe12Pe12Pe4x1PettEtF22A22texpexpexp应可解。仅对等温一级不可逆反或停留时间分布实验数据 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: stPetPe65.321164. 14 .374164. 1164. 1186.122121186.12163. 1186.1265.3211033. 341413Pek631. 0369. 012186.12163. 1exp163. 112186.12163. 1exp163. 112186.12exp163. 142exp12exp12exp412222 PePePexA4 .374039. 8tPe273. 1039. 84 .3741033. 341413Pek671. 0329. 012039. 8273. 1exp273. 112039. 8