【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 示蹤 響應(yīng) ct0?t階躍示蹤 階躍示蹤測(cè)定： 物料衡算： 輸入量＝輸出量＋累積量 即 V0c0dt=V0cdt+VRdc cVcVdtdcV 000R ??令 VR/V0=τ (空時(shí) )，則 c1c1dtdc 0 ?? ??初值條件： t = 0， c = 0 積分 ?? ??? t0 c 0 0dt 1ccdc 4. 2. 2 全混流模型 第四章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 得 ?tcccln00 ????t/0ecc1 ???由 F(t)定義： ???????t/0e1c c)(c )t(cF (t )?????t/e1dt)t(dFE (t )無(wú)因次： F(θ)=1－ e－ θ E(θ)= e－ θ 4. 2. 2 全混流模型 第四章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 )(tEttt?出口響應(yīng) t/1)(tFt?? dttEtF )()(1全混流反應(yīng)器 示蹤 響應(yīng) ct0?t脈沖示蹤 )(tEttt?出口響應(yīng) t/1E(t)由對(duì)示蹤物料衡算得到 : )()( 0 tcVdt tdcV R ??初值 : 0:0 cct ??積分得 : ? ? ?tectc ??0)(tFt?? dttEtF )()(1?? ???? ?? eEetE t )(,1)( ? ????t tedttEtF0 1)()(?脈沖示蹤測(cè)定： ? ? ? ? ? ??0000)(CtCVCtCVmtCVtER???tE(t) t t 1 O t O F（ t） 1/τ t=0, E(0)=1/τ 全混流反應(yīng)器的 E(t) 圖 全混流反應(yīng)器的 F(t) 圖 4. 數(shù)字特征值 1de 0 ????? ? ? ??? ? 11de dE 0 22 0 222t2 ?????? ?? ? ?? ????????? ??4. 2. 2 全混流模型 第四章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 0Rt00 VVdte1tE (t )dttt ???? ?? ?? ???活塞流 全混流 12 ???10 2 ?? ??4. 2. 2 全混流模型 ? ? ?? ?? eE? ? ?? ??? eF 1第四章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 ????????? 1 11 0)F(? ? ? ??????????????????0E1??02 ???1??非理想流動(dòng)： 例：某全混流反應(yīng)器體積為 100L，物料流率為 1L/s，試求在反應(yīng)器中停留時(shí)間為（ 1） 90～ 110s，（ 2） 0～ 100s，（ 3）100s的物料占總進(jìn)料的比率。 解： ][10011000sVVt R ???出口物料的份額用 F(t)表示， ttetF ??? 1)((1) )110()90( ?????? ?? eFeF所求比率： F(110) － F(90) = = % %)100( 1 ???? ?eF%)100(1 ?? F，小于平均停留時(shí)間的物料占 % ，大于 平均停留時(shí)間 的物料占 % (2) (3) 非理想流動(dòng)模型 ?前面討論活塞流反應(yīng)器和全混流反應(yīng)器，在這兩類(lèi)反應(yīng)器中，流體的流動(dòng)為理想化的極端情況。但實(shí)際反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)狀況與上述情況不完全相同，介于兩者之間。 ?凡不符合理想流動(dòng)狀況的流動(dòng)，都稱(chēng)為非理想流動(dòng)。 ?器內(nèi)流體處于非理想流動(dòng)狀況的反應(yīng)器稱(chēng)為非理想反應(yīng)器。 第四章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 非理想流動(dòng)模型 ? 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 ? 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 ? 流體混合態(tài)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 流體偏離理想流動(dòng)的原因： 1. 滯流區(qū)的存在 2. 存在溝流與短路 3. 循環(huán)流 4. 流體流速分布不均勻 5. 擴(kuò)散 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 u 溝流 回流 存在速度分布 Dead zone Short circuiting 存在溝流和回流 存在死區(qū)和短路現(xiàn)象 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 1. 滯流區(qū)的存在 定義：滯流區(qū)是指反應(yīng)器中流體流動(dòng)慢至幾乎不流動(dòng)的 區(qū)域，故也叫死區(qū) 特征：停留時(shí)間分布密度函數(shù) E(θ)曲線拖尾很長(zhǎng) 平均停留時(shí)間 大于 VR/V0 位置：滯流區(qū)主要產(chǎn)生于設(shè)備的死角中 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 t 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 1. 滯流區(qū)的存在 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 2 1 0 E (θ) θ o θ E (θ) 1 固定床反應(yīng)器的實(shí)測(cè) E(θ)曲線 E(θ)出現(xiàn)嚴(yán)重拖尾 理想： 有滯流區(qū)的釜式反應(yīng)器的 E(θ) θ=0時(shí)， E（ θ)1 理想： θ=0時(shí)， E（ θ)=1 E(θ)=δ(θ1) ??? ???? 1 0 1 ?? 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 2. 存在溝流與短路 溝流：固定床、填料塔以及滴溜床反應(yīng)器中，由于催 化劑顆?；蛱盍涎b填不均勻，從而造成一個(gè)低 阻力通道，使得一部分流體快速?gòu)拇送ǖ懒鬟^(guò) 而形成 短路：流體在設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間極短 特征：停留時(shí)間分布密度函數(shù) E(θ)曲線存在雙峰 平均停留時(shí)間 小于 VR/V0 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 t 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 2. 存在溝流與短路 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 (a) (b) 溝流與短路時(shí)的 E(θ)曲線 （ a）溝流，（ b）短路 t E (t) t E (t) 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 3. 循環(huán)流 在實(shí)際的釜式反應(yīng)器、鼓泡塔和流化床反應(yīng)器中 都存在著不同程度的流體循環(huán)運(yùn)動(dòng) 特征：停留時(shí)間分布密度函數(shù) E(θ)曲線存在多峰 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 t E (t) 存在循環(huán)流時(shí)的 E（ t）曲線 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 4. 流體流速分布不均勻 若流體在反應(yīng)器內(nèi)呈層流流動(dòng)，其與活塞流的偏離十分明顯。層流流速分布呈拋物線狀，可由徑向拋物線分布導(dǎo)出層流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布密度函數(shù) 特征： E（ θ） =0， θ E（ θ） =1/（ 2θ2） ,θ≥ 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 O E(θ) θ 層流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布 非理想流動(dòng)現(xiàn)象 5. 擴(kuò)散 由于分子擴(kuò)散及渦流擴(kuò)散的存在而造成了流體微元間的混合，使停留時(shí)間分布偏離理想流動(dòng)狀況 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 利用 RTD診斷反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)狀況 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 ? 非理想反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)情況比較復(fù)雜， 僅用理想化的平推流或全混流進(jìn)行計(jì)算是不夠的，非常必要對(duì)實(shí)際的流型進(jìn)行逼近模擬。 ? 對(duì)非理想流動(dòng)的定量關(guān)系只能借助于模型。目前非理想流動(dòng)模型很多，本章僅介紹其中三個(gè)： 離析流模型（凝集流模型） 多釜串聯(lián)模型（多級(jí)混合槽模型） 軸向擴(kuò)散模型 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 ?完全離析： 若流體微元全部以分子團(tuán)或分子束的形式存在，混合時(shí)只進(jìn)行空間位置的交換，微元間不發(fā)生任何物質(zhì)交換，這種狀態(tài)稱(chēng)為完全離析。即各個(gè)微元都是孤立的，互不相干，微元內(nèi)具有均勻的組成和相同的停留時(shí)間，但不同的微元其組成和停留時(shí)間則可能不同。 這種流體稱(chēng)為宏觀流體。 宏觀流體之間的混合稱(chēng)為宏觀混合 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 ?微觀流體： 以分子大小的尺度進(jìn)行混合的流體 ?微觀混合： 若流體微元以分子大小的尺度進(jìn)行混合。 介于宏觀混合與微觀混合之間的混合則稱(chēng)為部分離析或部分微觀混合，相應(yīng)的流體稱(chēng)為部分離析式流體 第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型 非理想反應(yīng)器的計(jì)算 ? 離析流