《非理想流动》ppt课件

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1、4.1反应器中的返混现象与停留时间分布理想反应器的流动模式----平推流和全混流。间歇式全混流平推流理想的平推流和间歇釜停留时间相同，无返混。全混釜反应器的返混无穷大，浓度温度均一。实际反应器是介于这两者之间。第4章　非理想流动一、非理想流动在化学反应器中进行化学反应，必须要将物料达到充分的混合。例如在搅拌反应器中通过搅拌是达到物料混合的一种手段。物料的混合只是一种总称，可以有多种不同的情况。混合有完全混合和完全不混合，是两种极限状态。实际反应器中的非理想流动必然影响反应结果。导致流体流动偏离理想流动的原因是多重的如死角、短路、沟流环流等。描述反应器内流体返混程度的方法：停留时间

2、分布实际反应器流动形式：反应器中的死角；物料流经反应器出现的短路、旁路或沟路等，都导致物料在反应器中停留时间不一，偏离了理想流动模式，反应结果与理想反应器的计算值具有较大的偏差。存在速度分布存在死角区和短路现象存在沟流和环流死角(滞流)短路沟流环流图4-1反应器中存在的几种非理想流动短路短路及沟流死角填充工业反应器只有可能接近，不可能是理想的平推流或理想的全混流反应器，因而针对工业反应器的设计，研究工业反应器的实际状态，才能合理科学的设计工业反应器。影响反应结果的三大要素：(流体的流动的影响)停留时间分布凝集态(物料是以什么样的状态分散。若以分子状态分散，则称做微观流体；以若干分

3、子集团分散称之为宏观流体)早混或是迟混二、三、四章通常指的是微观流体早混和迟混的影响早混晚混即使两反应体系的空时相同，由于反应混合的迟早不同，反应结果也不相同。聚集态的影响理想反应器假定混合为分子尺度，实际工程难以达到，如结团弥散两种体系的反应程度显然是不同的。工程中，尽量改善体系的分散尺度，以达到最有效的混合，从而改善反应效果。鼓泡气体液体喷雾一种流动对应着一定的停留时间分布一种停留时间分布对应着不同的流动停留时间分布用概率分布的概念来定量描述。流体的流动速率和方向带有一定的随机性。反应器内的流动状态实际是随机变化的。根据概率理论，我们可以借用两种概率分布以定量地描绘物料在流动

4、系统中的停留时间分布，这两种概率分布就是停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)。二、停留时间分布停留时间分布密度函数E(t)t=0时刻流入反应器的流体质点中，在t~t+dt之间流出反应器的质点所占的分率，称为E(t)dt根据定义，E(t)具有归一性，即假若开始流入的反应器的质点数是N，在t到t+dt流出反应器的质点为dN，dN/N就定义为E(t)dt。E(t)就是体停留时间分布密度函数，因为它是一个分率，因此具有归一性。停留时间分布函数F(t)t=0时刻进入反应器的流体质点中，在0~t之间流出的量所占的分率，计为F(t)流过系统的全部流体中或系统在任一瞬间的出口流

5、中，物料停留时间的分布密度显然是为同一个E（t）所确定，根据E（t）的定义，它必然具有归一化的性质。E函数在任何t上的值就是在F曲线上对应点的斜率。E(t)t1E(t)dtF(t1)F(t)dF(t)dttt+dt1.0F(t)曲线E(t)曲线tt停留时间分布函数F(t)平均停留时间平均停留时间　与F(t)函数的关系平均停留时间　与E(t)函数的关系1对比时间θ为了方便起见，常用对比时间作为变量。对比时间的定义为：(1)平均对比停留时间(2)(3)方差　　和无因次方差方差是指对于平均值的二次矩，也称为散度。方差是停留时间分布分散程度的量度，方差愈小，则流动状况愈接近平推流。方差　

6、　和无因次方差积分根据归一化的性质积分为1无因次方差　　和方差的关系平均停留时间用下述六个函数来描述全混流平推流对一般实际流况年龄分布密度函数I(t)和年龄分布函数y(t)意义与E(t)和F(t)类同，只是针对反应器内流体而言或因为反应器内的量加上流出量应等于示踪总量，从而可根据衡算关系很容易得到I(t),y(t),E(t)及F(t)之间的关系。例如：器内量＝总量－离开量E函数与F函数的关系平均停留时间与E函数的关系F函数与E函数的关系方差与E函数平均停留时间的关系无因次方差与方差的关系三、停留时间分布的实验测定示踪法物理示踪法阶跃示踪法脉冲示踪法周期示踪法随机示踪法化学示踪法（

7、一般用于描述反应机理的判断）若求上述的几个函数，我们是通过实验应用物理示踪的方法得到数据。首先选择示踪剂。对示踪剂的要求：1)与主流体物性相近；示踪剂对流动状况没有影响；2)示踪剂守恒（不参与反应，不挥发，不被吸附等），进入多少，出来多少；3)不产生相变或相转移；4)高低浓度均易检测，以减少示踪剂的用量；5)易于检测，包括可以转变为其他信号的特点。示踪物的输入方式主要有脉冲、阶跃、周期、随机输入法等。示踪实验方法1、脉冲示踪法：使被检测物料保持稳定流动瞬间注入选定的示踪剂，然后出