【正文】 mmmm11)!1(1)()5()!1()()()4(])()!1(1)(!211[1)()3(0120221120??????????????????????????????????????????????級：對第21m???以 m為參數(shù)，作 F（ θ ）～ θ 、 E（ θ ）～ θ 圖 當(dāng) m＝ 1時，為 全混流 ；當(dāng) m＝ ∞ 時，為 平推流 。 對于實際反應(yīng)器，求取 m的方法如下。 （ 1）實驗測定實際反應(yīng)器的 F(t)或 E(t)； （２）計算 模型參數(shù) m求取 t2??21m???（３）計算 （４）計算 m 求出 m后，即可按 m級串聯(lián)全混流模型對實際反應(yīng)器進(jìn)行有關(guān)計算。 (1)理想管式反應(yīng)器 （如移動床）中進(jìn)行固相加工反應(yīng)時，由于每個固體顆粒在反應(yīng)器中的停留時間是相等的，因此反應(yīng)的總結(jié)果（平均濃度和平均轉(zhuǎn)化率）就等于每個顆粒的反應(yīng)結(jié)果，且完全由化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)特性決定。 (2) 連續(xù)釜式反應(yīng)器 中 進(jìn)行固相加工反應(yīng)時，由于 返混，使得進(jìn)人反應(yīng)器的固體顆粒在反應(yīng)器中停留時間不均勻，形成一定的分布。這樣每個顆粒的反應(yīng)結(jié)果各不相同， 反應(yīng)總結(jié)果當(dāng)然受停留時間分布的影響 。 在一個連續(xù)過程中，某個變量的不均勻性是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象。除了上述的 停留時間具有不均勻性 ，即有一定的分布外，還有 速度分布、溫度分布和濃度分布 等，作為工程人員應(yīng)能正確判斷這種變量的不均勻性在什么情況下是有利的，在什么條件下是不利的，這樣便能采取適當(dāng)措施去發(fā)展或力圖消除這種不均勻性。 停留時間分布對固相加工反應(yīng)結(jié)果的影響 混合程度對反應(yīng)結(jié)果的影響 1） 滴際混合和微團間混合狀態(tài)只有在返混存在的情況下，才會對化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生影響； 2）對于一級反應(yīng)而言，滴際混合的程度對反應(yīng)速率毫無影響；級數(shù)大于一級，滴際混合對反應(yīng)速率不利；反之，級數(shù)小于一級則有利；而且級數(shù)偏離一級愈遠(yuǎn)，其影響愈大。 3）反應(yīng)轉(zhuǎn)化率愈高，它的影響程度也愈大。 微觀混合及對反應(yīng)結(jié)果的影響 物料的流動狀況介于平推流和全混流之間，為非理想流動。實際反應(yīng)器的計算過程如下。 非理想流動反應(yīng)器的計算 停留時間分布 流動模型和 模型參數(shù) 實際反應(yīng)器 物料衡算 動力學(xué)方程 2）由 xAf計算 VR 1）由 VR計算 xAf 軸向混合 反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率 22 0AAzAd C dCE u rdl dl? ? ?設(shè)進(jìn)行一級不可逆反應(yīng) ， AAr kC? ， 對方程進(jìn)行無因次化： 2210AAeA o m ZAAAmC t l u LC l PC t L Ed C d Ck C tPe dldl?? ? ? ?? ? ?； ； ； ；（ ）em pkt41 ???? ? ? ? ? ?22041( 1 ) 1 1 122AAAC xP e P eC e x p e x p?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?解得： 以 Pe準(zhǔn)數(shù)為參變數(shù)，（ 1－ XA ）～ ktm關(guān)系標(biāo)繪如圖（ 4－ 15）。 對于二級反應(yīng)，則方程沒有解析解，需用數(shù)值解。（ 1－ XA）～ kCA0tm 關(guān)系如圖（ 4－ 16）。通過實驗確定 Pe后，利用該圖可以查到反應(yīng)結(jié)果。 111mAmmxktttm???? ??????由 式 （ 3－ 32） ：式 中2??21m??? 多級串聯(lián)全混流模型反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率 設(shè)穩(wěn)定等容過程，一級不可逆反應(yīng) 通過實驗測定確定 停留時間分布數(shù)據(jù)，確定 ， 則 （ 1）對正在運行的反應(yīng)器測定停留時間分布數(shù)據(jù)，選擇流動模型并確定模型參數(shù)，進(jìn)行物料衡算 ,對反應(yīng)器的生產(chǎn)能力 進(jìn)行技術(shù)評估。 （ 2）如果要設(shè)計反應(yīng)器 ,則缺乏停留時間分布數(shù)據(jù)，目前尚未解決這一問題。一般采用“冷?！痹囼灚@得停留時間分布數(shù)據(jù)，選擇流動模型并確定模型參數(shù)，最后計算反應(yīng)器體積。 數(shù)學(xué)模擬方法小結(jié) 本章小結(jié) 1）基本概念 宏觀混合；微觀混合； 停留時間分布函數(shù)和分布密度；階躍法；脈沖法；停留時間分布數(shù)字特征； 軸向混合模型及其模型參數(shù) Ez；多級串聯(lián)全混流模型及其模型參數(shù) m。 2）核心內(nèi)容 （ 1）停留時間分布的測定方法及其數(shù)字特征； （ 2）平推流和全混流的停留時間分布； （ 3) 軸向混合模型，多級串聯(lián)全混流模型 。 (34)軸向混合反應(yīng)器和多級串聯(lián)全混流反應(yīng)器計算。 思考題 1 在某流動反應(yīng)器中進(jìn)行等溫一級液相分解反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù) k=。對該反應(yīng)器的脈沖示蹤測得如下所示的數(shù)據(jù)。 0 1 2 4 5 5 3 0 示蹤物濃度 g/L 35 30 25 20 15 10 5 0 時間 min 試用多級全混流模型計算其轉(zhuǎn)化率為多少？ 解：設(shè)該反應(yīng)器內(nèi)液體的流量恒定且等于 V0,加入示蹤物的總量為 M，則有 M＝ ∑V0CΔt=(3+5+5+4+2+1) 5 V0=100 V0 0()100p PptC CEtCt??????0 1 2 4 5 5 3 0 示蹤物濃度 g/L 35 30 25 20 15 10 5 0 時間 min 0 0 E(t) ()1 5 m in()tE ttEt????222 00()4 7 .5()tt E ttEt???? ? ???數(shù)學(xué)期望： 方差： E(t)和 t的關(guān)系如下表。 222 0 . 2 1 1tt??? ??21 4 . 7 6m????111 1 1511 mAmxkt??????? ? ? ? ?????? ??????2 2Pe?? ＝222 9 . 4 80 . 2 1 1Pe ??? ? ?? ? ? ?1 4 / 1 4 0 . 3 0 7 1 5 / 9 . 4 8 1 . 7 2mk t P e? ? ? ? ? ? ? ?思考題 2 題 1 中若用擴散模型，則轉(zhuǎn)化率為多少？ 解： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?222241( 1 ) 1 1 1224 1 .7 219 .4 8 9 .4 8( 1 1 .7 2 ) 1 1 .7 2 1 1 .7 2 1 1 .7 2221 0 .0 3 1 0 .9 7AxP e P ee x p e x pe x p e x p?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?（）（）當(dāng)（）（）（）當(dāng)（）（）（）（）當(dāng)：對全混流反應(yīng)器思考題????????????????)()(,)()(:)(,)(,)()(:)(,)(,)(,)(:03??????EtEFtFtEtEFtFttEFtEtFtm思考題 4：已知某非理想流動反應(yīng)器停留時間分布的方差 ，如果返混程度很小，采用軸向混合模型，則 Pe =（ ）。如果采用多級串聯(lián)全混流模型，則 m=（ ） 。 2 0 .2 1 8?? ?思考題 5： 什么是 停留時間分布函數(shù)？ 如果停留時間的單位為秒，那么 F(180)=？ （）（）（）（）當(dāng)（）（）（）（）當(dāng)（）（）（）（）當(dāng)：對平推流思考題???????????????)(,)(,)(,)(:)(,)(,)(,)(:)(,)(,)(,)(:6??????EFtEtFttEFtEtFttEFtEtFttmmm思考題 7：對于一般實際流型 ,σ 2的取值為 ( )；平推流模型 σ 2的取值為 ( )；全混流模型 σ 2的取值為 ( )。