化学反应工程第4章.ppt

1、第1，4章，非理想流反应器，第2，1节概述1，返回混合，材质在反应器内不仅有空间上的混合，还有时间上的混合。1.简单混合：相同停留时间料号之间的混合。2.混合返回：不同停留时间项目之间的混合。3.返回混合的原因：(1)反应器中物料的循环流动(2)湍流(3)分子扩散(4)催化剂或填充物的碰撞(5)流速分布不均(例如层流)(6)反应器的结构，3；换句话说，徐璐不同的转化率、徐璐不同温度的材料粒子之间的混合。反向混合是影响反应器内物料浓度分布的重要参数。1.单个反应(1)n0回魂降低了反应的推动力，rA，XA (2)n0回魂降低了反应的推动力，rA，XA有利于反应(3)自催化反应，主反应级数小于次反

2、应级数，回归混合提高了主产物的选择率。(2)链反应：反向混合导致中间产品浓度下降，中间产品选择率下降。6，7，3，根据逆混合度对反应器进行分类。1.完全不返回混合反应器。2.全混合反应器3，8，4，滞留时间分布，滞留时间分布(RTD):反应器中物料的反向混合导致所有流体微源的停留时间长、短，概率分布。也就是说，回归混合导致了停留时间分布。但是往返混合并不是唯一能引起停留时间分布的。例如：层流：没有回归，但有停留时间分布。由此可见，逆旅和停留时间分布没有不确定的一对一对应关系，一定的逆旅必须形成一定的停留时间分布，但一定的停留时间分布不一定是由于确定的逆旅。9，由于回魂度的大小很难通过实验直接测

3、量，停留时间分布可以通过实验直接测量，所以总是尝试用停留时间分布说明回魂度的大小。但是，停留时间分布和反向混合不是一对一的对应关系，所以不能直接用实验测量的停留时间分布来说明反向混合的程度，必须用流体的流动模型来表示。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，用两个函数和两个唯一值来说明，因为这是停留时间分布的一般概率。两个函数分别是停留时间分布函数和停留时间分布密度函数，两个茄子特征值是数学期望和方差。10，2节：反应器内流体的停留时间分布，1，停留时间分布(RTD)的显示方法，通常，停留时间分布根据测量方法的不同而有所不同。对于出口流体，E(t)RTD密

4、度函数F(t)对于RTD函数内部流体，I(t)年龄分布密度函数Y(t)年龄分布函数，11，1.RTD密度函数E(；E(t)的大小不是分数的大小。仅在E(t)曲线下，TT dt之间的面积是分数的大小，因此E(t)称为RTD密度函数。12、13、2。RTD函数F(t)，当物质在没有化学变化的情况下流入正常流的反应器时，在流出材料中停留时，杜松子酒小于T物质占总流出物的分数。F(t)是时间T的停留时间分布概率。Nt是停留时间小于t的材料量。n是流出的材料总量，流出的停留时间在0和无限之间的材料量。14，3.E(t)和F(t)的关系，存在和，15，16，4。停留时间分布的数字特征，(1)数学期望(平均

5、停留时间):变量(时间t)，17，(2)分支，分支，即分布。变量(时间t)对数学期望的二次矩。为了便于计算，将18、(3)离散数据中停留时间分布的数值特征、数学期望(平均停留时间):季度、19、统计量的物理意义3360数学预期：表示平均值(统计量的平均值)。这里是平均停留，是指方差：统计量的方差图。这里的停留时间偏离平均值的程度。20，2，滞留时间分布的实验测量，目前采用的方法是示踪法。即，在反应器材料进口处向系统输入信号，然后在反应器材料出口处测量输出信号的变化。根据输入信号的方法和信号变化规律，确定反应器内材料的停留时间分布规律。输入信号称为跟踪方法，因为它是使用向系统添加跟踪者的方法生成

6、的。21，跟踪者必须满足以下要求：示踪物和材料相互溶解，但不发生与材料的化学反应。追踪器的添加不应影响主流体的流动形式。追踪器必须是可以用简单准确的方法确认的物质。追踪器尽可能使用无毒、不燃、无腐蚀的同时价格低的物质。22、23、1。阶段输入方法，牙齿方法将系统中的流体达到正常状态后进入原始反应器的流体瞬间，在特定特性上不发生变化，包含原始流不变的示踪材料的其他流体(例如，第一流体为A，其他流体为B，A为B)，开始计时，24，25，切换到包含示踪材料的其他流体后，在T瞬间，输出到系统的材料。假设进口材料以体积流量V供给反应器。停留时间为T时，外出跟踪者的总量必须为Vc。这是由两部分组成的跟踪者

7、，一部分是阶段输入后的物料(Vc)中停留时间小于T的跟踪者，其数量必须为VC F (T)。另一部分是阶段输入前材料(数量Vc0-)中时间大于T的跟踪者，其数量为Vc0-(1-F(t)，即26，27，28，29，示例3-1测量反应器停留时间分布规律，使用阶段跟踪法，并且在牙齿条件下查找F(t)、E(t)和值和。30，解析：牙齿实验测量的数据不是连续曲线，而是离散的。F(t)、E(t)、计算如下：31，票，32，33，2。脉冲输入法跟踪材料量小，加入时间可忽略，因此不影响原始流动情况，系统内跟踪物的流动状态表示系统内主流体的流动状态。也就是说，跟踪材料的停留时间分布，即主流材料的停留时间分布。34

8、，35，示踪剂总量为：不同停留时间的C(t)到E(t)、F(t)。36，示例3.2确认了稳定运行的连续混合反应器的供应中的染料液(M=系统中的F(t)、E(t)曲线和值)。37，解析：牙齿实验与使用脉冲跟踪法测量的时间间隔(t=120s)牙齿相同，计算为，38，计算值见表。39，40，41，3，用比较时间表示停留时间分布。目的：使停留时间分布无人化。比较时间：转换：在所有关系中，将t替换为。42，43，3节：理想反应器的停留时间分布，1，平流反应器，44，脉冲跟踪，45，46，2，全混合流反应器使用阶段跟踪仪方法测量t时间内的停留时间分布，并计算对跟踪者的物料平衡。47，求解上述方程，48，图

9、，49，两个茄子理想反应器停留时间分布比较，50，用于判断二流反应器中E(t)反应器内的流动模式，判断偏离理想流的程度。到目前为止，牙齿章节没有涉及任何化学反应。52，4节：由于不理想的流模型、分子扩散、旋涡扩散、流速分布等原因，实际反应器的流状态经常偏离理想流，因此需要用流模型进行描述。流模型可分为多阶段混合模型轴扩散模型絮凝流模型。53、1、多级混合模型；物理模型：假定实际reactor连接到具有相同大小的整个混合流reactor。串联连接的水壶数N是模型参数，在这些全混合流反应器之间没有反向混合，没有反应。确定正常运行。对于两个茄子理想的反应器，模型参数分别为完全混合水壶：n=1。活塞流

10、：实际反应器。54为例，采用阶段方法，I反应器的停留时间分布，55，多水壶连接图，56，57，58，59，60，61，N=1，全混合流N，平面推流N等于1。n只能是虚拟值，因此n可以是整数，也可以是小数。停留时间分布密度函数的散度是插槽数的倒数。62，问题解决阶段：63，2，轴向扩散模型，物理模型：1主体流是平面流，但旋涡扩散重叠。2旋涡扩散遵循步进扩散规律，在整个反应器中扩散系数为常数。深孔加工扩散定律(Ficks Law):64，发生化学反应时反应物的材料平衡计算：65，清除：66，67，打开，打开，关闭，关闭，关闭。反应器内有反向混合。例如，如果边界具有反向融合，则为开放边界条件；如果边

11、界没有反向融合，则为闭合边界条件。68，69，开放边界条件下的解决方案：70，71，72，73，74，通过扩散模型查找转化率，设置正常状态，通过基本方程简化，75，76，一阶等温常数不可逆反应，分析解决方案：本问题中的：79，开放-开放边界对于非均匀系统：例如，固体两个粒子之间的混合在采样大小较大时S=1，并且认为混合是均匀的。如果在采样大小较小的情况下将混合视为不均匀，仅用混合度测量混合度是不够的。混合的均匀性要以达到分子规模的完全混合为极限。微流体：将分子尺度混合成独立运动单位的流体。微混合：微流体之间的混合。85，宏观流体(凝聚流体):使用由多个分子(10121018个分子)组成的流体微

12、团(或分子团)作为独立运动的单位，进行微团之间的混合，混合时微团之间不发生物质交换，微团内部有具有均匀构成等停留时间的流体。宏混合：宏流体之间的混合。整体絮凝状态：宏观流体的混合状态；郑智薰聚集状态：微流体的混合状态；部分聚集状态：两种极端混合状态之间的过渡混合状态。，86，2。流体混合状态对化学反应的影响，对于单个流体流入反应器的系统，材料流中反应物A的浓度为CA1，反应器中流体A的浓度为CA2，反应率方程与rA=kCAn微观流体：宏观流体：87，比较，反应结果不仅与动力学特性和停留时间分布函数有关，还与微观混合程度有关。88，3。絮凝流动物理模型：流体通过反应器流动到不徐璐搅拌的流体微组(

13、或分子束)。每个流体块对应一个小型反应器。由于反向混合的作用，流体尾团在反应器内的停留时间不同，实现的转化率不同，因此在反应器出口的宏观转化率是具有不同停留时间的流体团实现的转化率的平均值。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，89)，这样将流体的停留时间分布与反应转化率相关联，因此各流体团作为间歇反应器，其反应时间由停留时间分布决定。流体尾团在停留时间内达到的转化率由反应动力学决定。最后，将两者结合在一起，从出口得到加权平均值，得到最终转化率。90，编写数学公式：91，示例3-7郑智薰理想流动反应器，停留时间分布规律3-2。在reactor内，一阶反应，动力学方程式为-rA=3.3310-3cA。确定反应器的出口转化率(反应物A的化学计量系数1)。92，解决方案：使用凝聚流模型计算。对于一阶反应，间歇反应器中的转化率和反应时间关系如下：93，94，综合上述模型的计算结果，95，案例1:等温恒容的一阶不可逆反应，证明整个混合流的宏观流体和微观流体的