【文章內(nèi)容簡介】 器的停留時間分布 活塞流模型 模型特征 : 同時進(jìn)入系統(tǒng)的流體質(zhì)點將同時從出口流出 . 即出口質(zhì)點有相同的壽命 . 假設(shè)在 t=0時刻脈沖注射示蹤劑 , 濃度曲線為 函數(shù) ,則在 時刻 ,示蹤劑將全部流出 , 即 : 利用 函數(shù)的性質(zhì) ,有 : ?tt ?tttttEtE?????)(0)(?)()( tttE ?? ? )1()( ?? ???E? ? ??? 0 1)1( ????? d01)1(0 22 ???? ? ? ????? ? d48 ? 圖 活塞流的停留時間分布 E ( t ) F ( t ) 1 . 0 t t 0 t t 活塞流反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)為： ??????tttttF10)(??????1110)(???F49 二、全混流模型 考察有效體積為 VR、進(jìn)料體積流量為 Q0的全混流反應(yīng)器，若在某一瞬間 t=0，將流體切換成流量相同的含有示蹤劑 A的流體，同時檢測流出物料中示蹤劑 A濃度變化。 50 全混流模型 假設(shè)進(jìn)入反應(yīng)器的示蹤劑濃度為 C0, 則在單位時間內(nèi) 流入反應(yīng)器的示蹤劑量 : 流出反應(yīng)器的示蹤劑量 : 反應(yīng)器內(nèi)的示蹤劑累積 : 微分方程 : 初始條件 : 積分 dtdCRVQCQC0QCQCV dtdCR ?? 0 )(?/10tCC e ???QVCt R /0,0 ??? ?51 全混流模型 ? ?000() ()() A AAQ C t d t CtFtQ C d t C????????????????????eEetEeFetFtt)()(1)(1)(/1/?/10tCC e ???根據(jù) F(t)的定義 ?????????????????eEetEeFetFtt)()(1)(1)(/1/()() dF tEtdt?根據(jù) E(t)和 F(t) 關(guān)系 ?????????????????eEetEeFetFtt)()(1)(1)(/1/ 無因次化 52 含示蹤劑流體 CA0 Q0 流體 檢測 CA( t ) Q0 E ( t ) F ( t ) 1 . 0 1t 0 t t 0 t t ? 圖 全混流的停留時間分布 53 統(tǒng)計特征值 10 ?? ? ? ? ??? ? de? ? ? ?????022 1 ????? dE1102 ??? ??? ?? ? de? ?????02 1??? dE可見： 返混程度達(dá)到最大時，停留時間分布的無因次方差 12 ???平推流時方差 02 ???實際反應(yīng)器停留時間分布的方差應(yīng)介于 0～ 1之間 ，值越大則停留時間分布越分散，因此，由模型模擬實際反應(yīng)器時應(yīng)從方差入手。 54 對于平推流反應(yīng)器， 所有流體粒子的停留時間相等 ，且都等于平均停留時間。 對于全混流反應(yīng)器， 停留時間小于平均停留時間的流體粒子占全部流體的分率為： ? ? ??? ? ?etF使停留時間分布集中，可以提高反應(yīng)器的生產(chǎn)強度。 含示蹤劑流體 C A0 Q 0 流體 檢測 C A ( t ) Q 0 E ( t ) F ( t ) 1 . 0 1t 0 t t 0 t t 55 ? 例 利用示蹤實驗檢驗反應(yīng)器內(nèi)的流動特征是否是全混流流動模型 . 正階躍實驗的出口示蹤劑濃度和分布函數(shù)關(guān)系 : 全混流反應(yīng)器的分布函數(shù)為 : 比較 A和 B得出 : 上式代入 t=z/u, 無因次化得出 )()()(?? CtCtF?/1)( tetF ???)(A)(B?/)()( 1 tCtC e ?? ??uzCtC???? ? ]1l n[ )()(56 目錄 57 小 結(jié) 混 流 塞 流 2 2 2 1 . 0t t ?????2200t ?????2 2 20 0 1 . 0t t ???? ? ? ?63 非理想流動現(xiàn)象 停留時間分布是由多種原因造成的 實際反應(yīng)器偏離理想流動的原因有 : 0/ QVt R?(1) 滯留區(qū) (死區(qū) )的存在 : 定義：滯流區(qū)是指反應(yīng)器中流體流動慢至幾乎不流動的 區(qū)域，故也叫死區(qū) 特征：停留時間分布密度函數(shù) E(θ)曲線拖尾很長 ,對連續(xù)釜式反應(yīng)器 ,若有滯留區(qū)會造成 E(0)1 平均停留時間 位置：滯流區(qū)主要產(chǎn)生于設(shè)備的死角中 64 1. 滯流區(qū)的存在 2 1 0 E (θ) θ o θ E (θ) 1 固定床反應(yīng)器的實測 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， E（ θ)1 理想： θ=0時， E（ θ)=1 E(θ)=δ(θ1) ??? ???? 1 0 1 ??65 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，從而造成一個低阻力通道，使得一部分流體快速從此通道流過而形成 短路：流體在設(shè)備內(nèi)的停留時間極短 特征：停留時間分布密度函數(shù) E(θ)曲線存在雙峰 平均停留時間 小于 VR/V0 t66 2. 存在溝流與短路 (a) (b) 溝流與短路時的 E(θ)曲線 （ a）溝流，（ b）短路 t E (t) t E (t) 67 3. 循環(huán)流 在實際的釜式反應(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)運動 特征：停留時間分布密度函數(shù) E(θ)曲線存在多峰 t E (t) 存在循環(huán)流時的 E（ t）曲線 68 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，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)器的停留時間分布密度函數(shù) 特征： E（ θ） =0， θ E（ θ） =1/（ 2θ2） ,θ≥ O E(θ) θ 層流反應(yīng)器的停留時間分布 69 5. 擴散 由于分子擴散及渦流擴散的存在而造成了流體微元間的混合，使停留時間分布偏離理想流動狀況 實際反應(yīng)器中可能存在其中幾種。 利用 RTD診斷反應(yīng)器內(nèi)流動狀況 70 非理想流動模型 測算非理想反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率及收率，需要對其流動狀況建立適宜的流動模型。 建模的依據(jù)： 該反應(yīng)器的停留時間分布 應(yīng)用的技巧 ： 對理想流動模型進(jìn)行修正，或?qū)⒗硐肓鲃幽Ｐ团c滯留區(qū)、溝流和短路等作不同的組合。 ? 計算方法 : Step1: 測量反應(yīng)器的停留時間分布曲線 Step2: 建立適宜的流動模型 — 依據(jù) RTD曲線 Step3: 確定模型參數(shù) — 通過實測 RTD數(shù)據(jù) Step4: 計算轉(zhuǎn)化率和收率 — 通過流動模型和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù) 71 一、離析流模型 (沒有模型參數(shù) ) 假定 ：反應(yīng)器內(nèi)的流體粒子之間 不存在任何形式的物質(zhì)交換 ，那么流體粒子就像一個 有邊界的個體 ，從反應(yīng)器的進(jìn)口向出口運動，這樣的流動叫做 離析流 。 特點： 由于每個流體粒子與其周圍不發(fā)生任何關(guān)系，就像一個間歇反應(yīng)器一樣進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)程度只取決于該粒子在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。 72 引例： 實際反應(yīng)器中諸多微粒具有獨立身份，每個 流體微元可以想象為一個小的間歇反應(yīng)器，也 可以想象為實際反應(yīng)器由不同長度管式反應(yīng)器并聯(lián)組成。 入口 出口 Ax應(yīng)為各并聯(lián)反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的積分平均 。 Ax一、離析流模型 73 一、離析流模型 ? 設(shè)反應(yīng)器進(jìn)口的流體中反應(yīng)物 A的濃度為 C