《反应过程》李绍芬版-第五章停留时间分布与反应器课件.ppt

1、第五章停留时间分布与反应器的流第五章停留时间分布与反应器的流动模型动模型本章内容本章内容 停留时间分布停留时间分布 停留时间分布的实验停留时间分布的实验 停留时间分布的统计特征值停留时间分布的统计特征值 理想反应器的停留时间分布理想反应器的停留时间分布 非理想流动模型和非理想反应器的计算非理想流动模型和非理想反应器的计算 5.1停留时间分布与流动模型停留时间分布与流动模型 对于连续操作的反应器对于连续操作的反应器,组成流体的各粒子微团在组成流体的各粒子微团在其中的停留时间长短不一，有的流体微团停留时间很其中的停留时间长短不一，有的流体微团停留时间很长，有的则瞬间离去，从而形成了停留时间的分布。

2、长，有的则瞬间离去，从而形成了停留时间的分布。正如前面针对理想流动反应器的分析，停留时间正如前面针对理想流动反应器的分析，停留时间分布的差异对反应系统的性能有很大影响，值得进一分布的差异对反应系统的性能有很大影响，值得进一步深入探讨步深入探讨。 5.1停留时间分布与流动模型（续）停留时间分布与流动模型（续）全混流和活塞流模型对应着不同的停留时间分布，是全混流和活塞流模型对应着不同的停留时间分布，是两种极端的情况，实际反应器中的流动状况介于上述两种两种极端的情况，实际反应器中的流动状况介于上述两种极端情况之间。本章将针对一般情况讨论停留时间分布及极端情况之间。本章将针对一般情况讨论停留时间分布及

3、其应用问题，对于实际反应器的设计与分析非常必要。其应用问题，对于实际反应器的设计与分析非常必要。 闭式系统闭式系统系统系统进口进口出口出口 停留时间分布停留时间分布年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算起在系统中停留的时间。起在系统中停留的时间。寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在系统内停留的时间。系统内停留的时间。 停留时间分布理论的应用停留时间分布理论的应用对现有设备进行工况分析对现有设备进行工况分析建立合适的流动模型，进行非理想反应器的计算建立合适的流动模型，进行非理想反应器的计

4、算停留时间分布停留时间分布5.1.1基本概念基本概念E(t) = 0 t 1(e)=1(f)=1v1有一有效容积有一有效容积VR=1m3，送入液体的流量，送入液体的流量为为1.8m3hr-1的反应器，现用脉冲示踪法测的反应器，现用脉冲示踪法测得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系得其出口液体中示踪剂质量浓度变化关系为：为：vt/min01020304050607080vc/kgm-3036543210求其停留时间分布规律，即求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)，t2t解解:示踪法求停留时间分布规律示踪法求停留时间分布规律t/minc/kgm-3cF(t)E(t)tct2c000000010

5、330.1250.01253030020690.37500.02501202400305140.58330.02081504500404180.750.01671606400503210.8750.01251507500602230.95830.00831207200701241.00.0042704900800241.00002480033200 v 22222tmin2 .27233.332433200min33.3324800tcctctct2对某一反应器用阶跃法测得出口处对某一反应器用阶跃法测得出口处不同时间的示踪剂质量浓度变化关系不同时间的示踪剂质量浓度变化关系为：为：t/min02

6、46810121416c/kgm-300.050.110.20.310.430.480.500.50求其停留时间分布规律，即求其停留时间分布规律，即F(t)，E(t)， ， 。t2t解解:阶跃法求停留时间分布规律阶跃法求停留时间分布规律c0=0.5kgm-302cct t/minc/kgm-3cF(t)E(t)000000020.050.050.10.050.20.440.110.160.220.060.481.9260.20.360.40.091.086.4880.310.670.620.111.7614.08100.431.10.860.122.424120.481.580.960.051

7、.214.4140.52.081.00.020.567.84160.52.581.00007.6869.120cct v 2220220min14.1068. 712.69min68. 7tcctcctttv3有一有效容积有一有效容积V=12L，用脉冲示踪法测，用脉冲示踪法测定定E(t).v0=0.8L/min,M=80g.在出口记录在出口记录示踪剂示踪剂A的浓度的浓度cA随时间的变化随时间的变化,结果见下表结果见下表.t/min05101520253035vc/g/L03554210v求平均停留时间求平均停留时间，,t2t2解解:先进行一致性检验先进行一致性检验,输入输入:1008 . 08

8、000vMC100) 124553(5100NiiAitAtCdCC输出输出: :两者相等两者相等, ,一致性检验通过一致性检验通过. .21. 05 .47min15222222ttCCtCCtttAiAiitAiAiiv4有一有效容积有一有效容积V=12L，用脉冲示踪法测，用脉冲示踪法测定定.v0=0.8L/min,M=80g.在出口记录示踪在出口记录示踪剂剂A的浓度的浓度cA随时间的变化随时间的变化,结果见下表结果见下表.t/min05101520253035vc/g/L03554210v求求N级全混流模型级全混流模型来预测速率常数来预测速率常数k为为0.15min-1的一级不可逆反应的

9、转化率的一级不可逆反应的转化率.解解:先进行一致性检验先进行一致性检验,输入输入:1008 . 08000vMC100) 124553(5100NiiAitAtCdCC输出输出: :两者相等两者相等, ,一致性检验通过一致性检验通过. .21. 05 .47min15222222ttCCtCCtttAiAiitAiAiiv根据多级等釜串联全混根据多级等釜串联全混流反应器模型流反应器模型,可求出可求出转化率转化率.842. 0158. 0)1 (11ANAxNt kx76. 412Nv5有一有效容积有一有效容积V=12L，用脉冲示踪法测，用脉冲示踪法测定定.v0=0.8L/min,M=80g.在

10、出口记录示踪在出口记录示踪剂剂A的浓度的浓度cA随时间的变化随时间的变化,结果见下表结果见下表.t/min05101520253035vc/g/L03554210v求用求用轴向分散模型轴向分散模型(开开-开式边界条件开式边界条件)来预来预测速率常数测速率常数k为为0.15min-1的一级不可逆反应的一级不可逆反应的转化率的转化率.解解:先进行一致性检验先进行一致性检验,输入输入:1008 . 08000vMC100) 124553(5100NiiAitAtCdCC输出输出: :两者相等两者相等, ,一致性检验通过一致性检验通过. .21. 05 .47min15222222ttCCtCCtttAiAiitAiAii所以所以,不是这个关系不是这个关系.需根据边界条件去计算需根据边界条件去计算.开开-开式边界条件开式边界条件:01. 0102. 0221. 0222eetPPt6 .128222eeePPP对于一级不可逆反应对于一级不可逆反应86. 014. 0)1 ()1 (4131. 1/41)2(22220APPPAAAexeeexccPk teee