化学反应工程：第六章 混合过程与非理想反应器复习

1、Chemical Reaction Engineering第六章混合过程与非理想反应器6.1混合现象PFR物料质点具有相同的停留时间CSTR物料质点具有不同的停留时间非理想流动：介于PFR与CSTR之间微团（凝聚态）：固体颗粒、分子袋（团）停留时间分布年龄分布、寿命分布某个微团的浓度对应该微团的停留时间动力学关系Chemical Reaction Engineering按混合对象：相同年龄物料之间的混合同龄混合不同年龄物料之间的混合返混按混合尺度：宏观混合设备尺度平推流、全混流微观混合微团尺度完全混合、完全不混、部分混合主体流动分子扩散湍动破碎形成微团机械搅拌射流混合Chemical Reac

2、tion Engineering6.2 停留时间分布 （RTD）Residence Time Distribution一、RTD概念RTD物料在反应器内（或出口）的停留时间分布寿命分布在反应器出口的物料停留时间分布年龄分布在反应器内物料的停留时间分布年龄寿命Chemical Reaction Engineering含义：同时进入反应器的物料，在出口流体中停留时间介于 t t+dt之间的物料所占总物料的百分率（分率）应为RTD密度函数归一性停留时间分布密度函数响应示踪Chemical Reaction EngineeringRTD密度函数停留时间分布函数含义：同时进入反应器的物料，在出口流体中停

3、留时间小于t 的物料所占总物料的百分率（分率）。Chemical Reaction Engineering二、RTD的数字特征数学期望 RTD对原点的一阶矩（重心）意义：物料的平均停留时间对PFR、CSTR，等容时， Chemical Reaction Engineering有偏离无偏离方差RTD对数学期望的二阶矩意义：RTD对 的偏离程度Chemical Reaction Engineering对比时间（无因次时间）Chemical Reaction Engineering三、停留时间分布的测定示踪法脉冲示踪法、阶跃示踪法示踪剂流动性相近、便于检测、惰性A.脉冲法测得停留时间分布密度函数响应

4、B.阶跃法测得停留时间分布函数Chemical Reaction Engineering当0.632四、CSTR中的停留时间分布Chemical Reaction Engineering方差函数无因次方差PFR的RTD：Chemical Reaction Engineering思考题：等体积PFR与CSTR串连，画出反应器组合系统的RTD曲线t如果Chemical Reaction Engineering有偏离无偏离方差RTD对数学期望的二阶矩意义：RTD对 的偏离程度Chemical Reaction Engineering流化床反应器流固相反应器特点：反应器是一个全混釜每一个颗粒独立反应，

5、与其他颗粒 完全不混每一个颗粒相当于一个间歇反应器每一个颗粒的反应程度(转化率） 由该颗粒在反应器中的停留时间决定反应器存在停留时间分布（RTD）反应器中的总反应速率（转化率）是各个颗粒速率（转化率）的平均值6.3 CSTR中的固相反应Chemical Reaction Engineering连续流动反应器中的考察方法：均相-反应器固相-物料考察对象考察方法CSTR连续均相微团之间完全混合 CSTR 连续液液非均相 微团之间 部分混合只能判断不能计算反应器操作方式相态混合状态返混程度处理方法CSTR连续固相微团之间完全不混可以计算Chemical Reaction Engineering三、R

6、TD对固相反应的影响与计算RTD对反应结果的影响转换为：变量不均匀性对目标函数的影响分布参数函数平均值参数平均值的函数值上凹曲线不混比混合好Chemical Reaction Engineering上凹曲线线性关系混合比不混合好不混与混合一样Chemical Reaction Engineering固相加工反应的计算在 tt+dt 物料分率为 ，对总量的贡献为：总结果：同理：动力学关系积分形式：总量与分量的关系Chemical Reaction Engineering要求：1、根据数据或函数计算例题6-3, 6-8，习题 6-1,6-3,6-42、根据图形计算 写出f(t)的表达式3、根据数据

7、和图形计算固相反应例题6-9，习题 6-6,6-8 Chemical Reaction Engineering四、微观混合对反应过程的影响宏观流体流体中分子以凝聚态存在 只有宏观混合 处理方法：与固相反应类似微观流体达到分子尺度的均匀（均相） 完全的微观混合C1C2液滴分散 合并滴际混合微团之间发生部分混合 介于均相与固相之间 缺乏理论模型定性判断： 假定反应在分散相中进行Chemical Reaction Engineering滴际混合对反应的影响（返混存在）浓度参数的分布性对反应影响 函数平均值参数平均值的函数值C1C2液滴n1, 上凹 ， 混合不利n=1, 线性， 无影响n1, 下凹， 混合有利C1C2Chemical Reaction Engineering6.4 停留时间分布的应用与非理想流动模型一、RTD的应用1.判断返混程度的大小2.计算反应结果3.流型判断4.确定反应器的模型参数PFR模型CSTR模型轴向扩散模型多釜串连模型Chemical Reaction Engineering轴向扩散模型平推流+轴向扩散Peclet准数：De轴向有效扩散系数（单参数）返混不大时：大，返混小小，返混大P