停留时间分布与反应器的流动模型教材.ppt

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1、第五章停留时间分布与反应器的流动模型5.1停留时间分布的概念5.2理想流动反应器的停留时间分布5.3非理想流动反应器的停留时间分布5.4实际反应器的设计计算5.5流动反应器中流体的混合对于间歇反应器，问题比较简单，因为反应物料是一次装入，所以在任何时刻下反应器内所有物料在其中的停留时间都是一样的。不存在停留时间分布问题.而对于流动反应器，由于流体连续不断的流入系统而又连续从系统流出，由于流体在系统中流速分布不均匀，流体的分子扩散和湍流扩散，搅拌而引起的强烈对流以及设备安装不良而产生死区、沟流、短路等原因，流体粒子在系

2、统中得停留时间有长有短，有些很快就离开了系统，有的则经历很长的一段时间后才离开，从而形成了一个停留时间分布。停留时间的长短直接影响到反应率（即影响到反应进行的程度）时间越长，反应进行的越完全，粒子在出口时反应率就高，可见研究反应物料在反应器内的停留时间问题具有十分重要的意义。在第3章中讨论了两种不同类型的流动反应器——全混流反应器和平推流反应器。在相同的情况下，两者的操作效果有很大的差别，究其原因是由于反应物料在反应器内的流动状况不同，即停留时间分布不同。我们在本章对此作进一步讨论，阐述流动系统的停留时间分布的定量描述

3、及其实验测定方法。5.1停留时间分布一、停留时间表示方法物料粒子的年龄与寿命连续反应器内，物料中各个粒子的逗留时间可能并不相同，为了说明逗留时间的长短，通常采用两种表示，年龄与寿命年龄：指存留在器内的粒子，在器内已经逗留了的时间寿命：指粒子从进入反应器算起，到粒子离开反应器，粒子总共在反应器内逗留的时间二者的区别:在于年龄是对仍然停留在设备内的粒子而言。寿命则对已经离开反应器的粒子而言。所以说寿命也可以说是反应器出口处物料粒子的年龄。因为物料的最终转化率取决于在器内实际停留时间的长短也即是寿命，而不是年龄，实际测到的而

4、应用价值又较大的是寿命分布，所以讨论停留时间的分布将着重讨论粒子的寿命分布。由于物料在反应器内的停留时间分布完全是随机的，因此可以根据概率分布的概念对物料在反应器内的停留时间分布作定性的描述。二、停留时间分布函数及分布密度1.停留时间分布密度E(t)定义定义：在稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个流体粒子中，其停留时间为t～t+dt的那部分粒子占总粒子数N的分率记作：E(t)被称为停留时间分布密度函数。停留时间分布密度函数E(t)E(t)=0t<0E(t)≥0t≥0归一化条件2.停留时间分布函数F(t)定义定义：在

5、稳定连续流动系统中，同时进入反应器的N个流体粒子中，其停留时间小于t的那部分粒子占总粒子数N的分率记作：F(t)被称为停留时间分布函数，无因次量。也可以说停留时间介于0-t之间的物料的百分率。停留时间分布函数F(t)E(t)与F(t)的关系分布密度就是分布函数对停留时间的一阶导数，也就是F(t)~t曲线的切线斜率。E(t)曲线在任一t时的值就是F(t)曲线上对应点的斜率，反之，若E(t)曲线知，将其进行积分即可得到相应的F(t)之值，所以逗留时间分布的两种形式，只要知道其中一种，即可求出另一种。p由于流经反应器的物料其

6、停留时间不可能为0，所以t=0，F(t)=0t=0~τ,F(t)=0~1同样，物料也不可能在设备内停留时间无限长，t→∞,F(t)=1(停留时间无限长，所有粒子都出来了，则F(t)=1,概率=1)在某种情况下，要讨论年龄分布函数和年龄分布密度年龄分布函数G(t),年龄分布密度I(t)年龄小于t的粒子所占的分率为年龄分布函数G(t),年龄在t~t+dt之间的粒子所占的分率为I(t)dt二、停留时间分布的实验测定停留时间分布通常由实验测定，主要采用的方法是示踪响应法，即应答技术。通过用示踪剂来跟踪流体在系统内的停留时间。用

7、一定的方法将示踪物加到反应器进口，然后在出口物料中检验示踪物信号，以获得示踪物在反应器中逗留时间分布规律的实验数据。可以用的示踪物很多，利用其光学的、电学的、化学的或放射性的特点，配合其测试装置，进行检测。例如：最直观的方法是在物料中加入少量有色颜料，然后用光电比色仪测定流出液颜色的变化，采用哪种示踪物，要根据物料的物态（气、液、固）、相系（均相还是非均相）以及反应器的类型（固定床、流化床）等情况而定。对加入的示踪物有以下要求：6点1.不与主流体发生反应；2.示踪剂浓度与要检测的物理量的关系应有较宽的线性范围；3.用于

8、多相系统的示踪剂不发生从一相转移到另一相的情况；4.示踪剂本身易于和主流体溶为(或混为)一体；5.示踪剂浓度很低时也能够容易进行检测；6.示踪剂应具有或易于转变为电信号或光信号的特点。示踪物输入的方法很多，如阶跃注入法、脉冲注入法及周期输入法等。前两者方法简便易行，应用广泛，现分别讨论。1.阶跃法首先观察一个简单的实验假定某一无色