停留时间分布.ppt

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1、化学反应工程第五章　停留时间分布与反应器的流动模型本章内容停留时间分布停留时间分布的实验停留时间分布的统计特征值理想反应器的停留时间分布非理想流动模型和非理想反应器的计算5.1停留时间分布与流动模型对于连续操作的反应器,组成流体的各粒子微团在其中的停留时间长短不一，有的流体微团停留时间很长，有的则瞬间离去，从而形成了停留时间的分布。正如前面针对理想流动反应器的分析，停留时间分布的差异对反应系统的性能有很大影响，值得进一步深入探讨。5.1停留时间分布与流动模型（续）全混流和活塞流模型对应着不同的停留时间分布，是两种极端的情况，实际反应器中的流动状况介于上述两种极端情况之间。本章将针

2、对一般情况讨论停留时间分布及其应用问题，对于实际反应器的设计与分析非常必要。闭式系统系统进口出口停留时间分布年龄分布：对存留在系统的粒子而言，从进入系统算起在系统中停留的时间。寿命分布：流体粒子从进入系统起到离开系统止，在系统内停留的时间。停留时间分布理论的应用对现有设备进行工况分析建立合适的流动模型，进行非理想反应器的计算停留时间分布5.1.1基本概念E(t)=0t<0E(t)≥0t≥0归一化条件停留时间分布ResidenceTimeDistribution停留时间分布密度函数E(t)5.1.2停留时间分布的定量描述封闭系统，ρ＝常数停留时间分布5.1.2停留时间分布的定量描述（续

3、）停留时间分布函数F(t)升阶法降阶法脉冲法：简单、示踪剂用量少，可直接测出停留时间分布密度函数；要求输入理想脉冲。阶跃法操作容易；示踪剂用量大，直接测出的是停留时间分布函数。脉冲法阶跃法－周期输入法5.2停留时间分布的测定5.2.1实验方法概述5.2.2脉冲法输入曲线响应（输出）曲线c0(t)为示踪剂的加入量停留时间分布的测定停留时间分布的测定主流体Q0Q系统检测器含示踪剂的流体（C(∞)）c(∞)c0(t)tt=00输入曲线c(∞)c(t)t0响应曲线5.2.3升阶法停留时间分布的测定主流体QQ系统检测器含示踪剂的流体（C(0)）0c(0)c0(t)tt=0输入曲线0c(0)c(t)t

4、响应曲线5.2.4降阶法1.平均停留时间2.方差脉冲法降阶法升阶法5.3停留时间分布的统计特征值5.4理想反应器的停留时间分布5.4.1活塞流模型对失踪剂的物料衡算，得到其中即理想反应器的停留时间分布5.4.1活塞流模型活塞流反应器的E(t)图5.4.1活塞流模型（续1）活塞流反应器F(t)图5.4.1活塞流模型（续2）最后得到活塞流的停留时间分布密度为：相应的分布函数为：均值和方差分别为：(最小值)5.4.1活塞流模型（续3）使用阶跃法建立全混流的流动模型，如果所示，将全釜作为控制体，对失踪剂作物料衡算，有：流入的摩尔流率=流出的摩尔流率+积累的摩尔流率理想反应器的停留时间分布5.4.2

5、全混流模型由此可以求出：（最大值）5.4.2全混流模型（续1）全混反应器的E(t)图下面是全混流的停留时间函数和分布密度的示。5.4.2全混流模型（续2）全混反应器的F(t)5.4.2全混流模型（续3）非理想流动现象存在滞流区5.4.2全混流模型（续4）理想反应器的停留时间分布存在沟流5.4.2全混流模型（续5）理想反应器的停留时间分布存在短路5.4.2全混流模型（续6）理想反应器的停留时间分布层流反应器5.4.2全混流模型（续7）建模的要求：等效性（能够正确反映模拟对象的物理实质）；合理简化便于数学处理（模型参数不应超过两个）建模的依据：反应器内停留时间分布常用技巧：对理想模型进行修正，

6、或将理想流动模型与滞流区、短路和沟流等作不同组合常用的非理想流动模型：离析流模型，多釜串联模型；轴向扩散模型5.5非理想流动模型和非理想反应器的计算5.5.1概述1、离析流模型假设：流体粒子之间不发生微观混合，也就是说流体粒子之间不发生质量交换。一个流体粒子就像一个间歇反应器，这时。停留时间介于之间的流体粒子所占的比率为，浓度为　　　　　　　　所以反应器出口的平均浓度可以表示为：几种非理想流动模型：5.5.1概述（续）非理想流动模型和非理想反应器的计算基本假设：离析流体，不存在微观混合数学模型：适用条件：宏观流体5.5.2离析流模型实际反应器的流动状况可以用多个串联的同体积全混反应器来描述

7、，串联的釜数N就是模型参数。对于两种理想的反应器，其模型参数分别为：全混釜：N=1；活塞流：N=；而对于实际反应器：非理想流动模型和非理想反应器的计算5.5.3多釜串联模型cPcp-1c0cN非理想流动模型和非理想反应器的计算基本假设：级内为全混流；级间无返混；各级存料量相同5.5.3多釜串联模型（续1）cPcp-1c0cN非理想流动模型和非理想反应器的计算数学模型：对示踪剂作物料衡算：5.5.3多釜串联模型（续2）5.