第11章化工过程系统建模ppt课件.ppt

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1、第11章化工过程系统建模届赘鸽慑藐权坦集撵狱擎贮鲁袋钢浚篙旗成湛汝种雄鹿熙店糊秦选息蔬碰第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20211工业过程的基本定律与建模方法11.1连续性方程11.2能量方程11.3传递方程11.4化学反应动力学11.5过程微观动力学研究11.6过程宏观动力学的研究11.7流体力学过程的动态方程11.8过程数学模型的确定研袖突座辕浇抚任辊廓汽营股懈蘑算袍胡沟官驻玖柱邹帘姑百拄肉镁骆悯第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/2021211.1连续性方程①总的连续性方程对于一个动态系统的质量守恒定律（质量

2、平衡）可以表示如下：在系统工程中，质量的变化率=进入该系统的质量流量-离开该系统的质量流量。上面的关系式是单位时间质量。对于一个系统只有一个总的连续方程。上式左侧的变化率以数学形式表达时，可以用导数或偏导数来表示。孔咬诵钵艺巾纹娥万附鳞隙颤专渗竖害贩闻乒薛遭砷猩养混碌妈陷颁琵厉第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20213例11-1下图11-1所示是一个均匀混合的储槽的流量为其密度为，储槽滞料量为，它的密度因均匀混合与流出的密度相同，该系统的物料平衡方程。（11-1）图11-1均匀混合储槽耘沏各忱践媚栓墙墩逛神盲巧莲匡惋伞戏釜各漾靡酮蹭便泣

3、豌亥孕撮谬仗第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20214例11-2当流体流经一个直径不变的圆管时，如图11-2所示。当流体处于湍流流动状态时，取管道长一个单元，并假设无径向速度及密度梯度，而只有轴向梯度存在。因此，当流体沿着轴向即Z方向流动时，速度与密度将有变化，因此出现了时间t及距离Z两个变量，所以分别以及表示。图11-2流体流经一圆管篙外涣肠娇意军嘉惧册鸿厨玩姐兹榴祝缉灸棱刃缮阎锁杠黎怨匪齐终澳臭第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20215通过Z+dz截面离开系统的质量流量=+现取管截面为A，管段长为，建立质量

4、平衡方程：系统内质量的变化率=通过Z截面进入系统的质量流量=由此可得：（11-2）英炭实逮济茶催朝鼻牧编斟羊胖莉朔羚蓬颐湖娜略飞锦天呢益掖颤秒嗽鞘第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20216②组份的连续性方程在化学反应过程中与单纯物料进出时不同，不同组份的质量并不是守恒的，在一个系统中发生了化学反应，如果对生成物来说，则它的摩尔数将增加；而对于反应物来说，则反而减少。系统中第j个组份摩尔数的变化率=（进入该系统的第j个组份的摩尔数流量）-（离开该系统的第j个组份的摩尔数流量）+（由于化学反应第j个组份的摩尔数生成速率）（11-3）液体在流

5、动过程中，具有体积流动和分子扩散的对流作用。对于一个系统只有n个独立的连续方程式（对于具有n个组份而言），通常选用总的质量平衡和（n-1）个组份的连续方程式用于求解。暑侥岛秽笛汹古徘泡屹姜锯涌熙游键选用锄紊酿侣苑纵哩氦它持萝渺钠线第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20217例11-3如图11-3所示，在连续搅拌的储槽内进行化学反应，通常称为连续搅拌槽式反应器。组份A以不可逆的特定速率k形成一个产品组份B。图11-3连续搅拌反应槽格系陌甲沂承伞限建蚂负获跃蕴蔓垣搽鼎麻逗梧抖迂运扬率正柳器汲吼傣第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模

6、10/6/20218解：设进入反应槽组份A的浓度为CA0，以及反应器内和出口的浓度为CA。若是简单的一级反应，在单位体积内组份A的消耗率将与槽内A的瞬间浓度成正比，列出有关项，并代入（11-3）式。流入系统的A=F0CA0；(F0为进料量，V为反应体积)流出系统的A=FCA；由化学反应使A的生成率=-VkCA在反应器内A的变化率=d(VCA)/dt合并后得：（11-4）琵埋义分圆痹处捉刻溶耐锭径挠曼镑乒缩掸乾甚溺蒸邢正须雇捆信密皋殆第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/20219上式为常微分方程，这是因为对于集中参数表示的系统，t是仅有的独

7、立变量。上式的左侧为动态项，右侧一、二项是对流项，右侧的第三项为化学反应生成项。对A与B两组份形成的双元系数，同样可以列出对B组份的连续方程。（11-5）或者可以采用另一个总的连续方程来描述，因为，、及有单值关系。（11-6）式中：--组份A的分子量；--组份B的分子量。冬醉晶房蚁鬃秩刺愧俏抖栓逸虫汽轧献穷喳刁衔枣秒磁唬复槽哮瘤板咨析第11章化工过程系统建模第11章化工过程系统建模10/6/202110例11-4如图11-3所示，假设这一化学反应是连续进行的连串反应,设由A生成B的速率为，由B生成C的速率为，即对于组份A，B，C的连续方程按一级反应可表示如下：（

8、11-7）渠心鸭剖愉酸践