化学反应工程课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第二章 反响器内的流体流动与混合Chapter 2 Fluid Flow&Mixture in Reactor,几种理想反响器,不同反响器及反响器的组合,停留时间对转化率选择性的影响,1,停留时间分布测定,停留时间分布与流动模型,作业,Assignment,2.12,；,2.15;,2.16;,2.19,作业上缴时间,：,5,月,19,号,反响器停留时间分布密度函数:E(t),在反响器中停留时间t,t+dt区间内微元的概率,反响器停留时间分布函数：F(t),停留时间小于 t 的微元出现的概率,平均停留时间 一阶矩,停留时间分布函数数学期望:,=0tE(t)dt,停留时间分布函数方差 二阶矩,各微元停留时间与平均停留时间的离差,2=0(t-t)2E(t)dt,复习,4,复习,停留时间的测试方法：示踪剂,脉冲法 C曲线,例题2.6,复化Simpson公式 p20页 区间为偶数等分,复化梯形公式 区间为奇数等分,阶跃法 F曲线,平推流反响器停留时间分布,E(t)=vc(t)/N,0,平推流反响器停留时间不存在分布,平推流反响器停留时间分布密度函数为一函数,E(t),t,平推流反响器停留时间分布,函数性质：,(t-,)=,t,(t-,)=0,t=,0,(t-,)dt=1,E(t),t,平推流反响器停留时间分布,平推流反响器停留时间分布特性,E(t)=,(t-),F(t)=0,t,F(t)=1,t,Dirac,函数有如下性质：,(x)=0,x,0,即：,E(t)=0,t,(x)=,x=0,即：,E(t)=,t=,平推流反响器,平推流反响器停留时间分布特性,全混流反响器,停留时间分布,函数方差,:,2,=,2,小结,11,平推流反响器,E(t)=t-,停留时间分布函数数学期望:,停留时间分布函数方差:2=0,小结,非理想流动现象,2.,死区,非理想流动现象,非理想流动现象,非理想流动现象,真实反响器,脉冲法测定的是反响器的停留时间分布密度函数:E(t)=vc(t)/N0,平均转化率为所有微元转化率之和,CA=0cAE(t)dt,XA=0 xAE(t)dt,真实反响器,串联反响器,两个反响器的平均停留时间为：1，2,出第一个反响器的停留时间分布密度函数为：,E(t)=t=1,E(t)=0 t 1,出第二个反响器的停留时间分布密度函数：,1,2,t,t,1,E(t)=0 t,t,1,两个反响器的平均停留时间为：1，2,出第一个反响器的停留时间分布密度函数为：,出第二个反响器的停留时间分布密度函数：,1,2,t,t,1,E(t)=0,t,t,1,参考例题,2.5,串联反响器,例2.6 脉冲注入，测得其出口浓度随时间的变化关系如下：tmin.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 Cg/m3 0 1 5 8 10 8 6 4 3 2.2 1.5 0.6 0,例题,例题,数值积分(矩形公式,f(x),a,b,A,A,B,B,数值积分(梯形公式,f(x),a,b,A,A,B,B,数值积分(复合梯形公式,I=,a,b,f(x)dx,=Area(AB ba),=ab,2*f(a)+f(a+b)/2+f(b)/2,f(x),a,b,A,A,B,B,数值积分(复合梯形公式,I=,a,b,f(x)dx,=Area(AB ba),=ab,n*f(a)+2f(a+i,x),+f(b)/2,f(x),a,b,A,A,B,B,x,数值积分(复合矩形公式,I=,a,b,f(x)dx,=Area(AB ba),=ab,n*f(a)+2f(a+i,x),+f(b)/2,f(x),a,b,A,A,B,B,x,=1*0.02+2*0.1+3*0.16+4*0.2+5*0.16+6*0.12,+7*0.08+8*0.06+9*0.044+10*0.03+12*0.012*2,=4.3 min,例题,平均停留时间,某磷酸厂产量为,60,万吨磷酸,/,年，,43.5,万吨,P,2,O,5,/,年。,酸解浆料进料量为：,600 m,3,/h,酸解槽体积：,3000 m,3,停留时间：,5 h,平均停留时间,t0306090120180240,s,00.330.290.260.230.190.15,t300360420480600720840,s,0.120.090.080.060.040.030.02,1/30,ts,t,=30*0.33+60*0.29+90*0.26+120*0.23+2*180*0.19+2*240*0.15+2*300*0.12+2*360*0.09+2*420*0.08+2*480*0.06+4*600*0.04+4*720*0.03+4*840*0.02=,701,1/30,s,t=,2.85,=701/2.85=245 min=4.01 h,停留时间分布函数与反响器类型,【例题2.9】在全混流反响器中进行一级反响，反响器平均停留时间为1min反响速率常数k为1min-1，液相反响物的初始浓度cA0为1kmol/m3，求反响转化率,微团出反响器的浓度,出口测定的平均浓度：,停留时间分布函数反响的是反响器内的宏观混合信息,30,流动反响器中的流体混合,微观混合,极限状态：完全离析和完全微观混合,1.离析流模型：每一个流体微元相当于一个间歇反响器，相互间没有物质交换,无论在何种完全离析流动的实际反响器中，出口的转化率可用上式计算,完全离析流动情况下的出口,转化率,平推流反响器,全混流反响器,任何离析流反响器中进行一级反响，预测出口转化率只需要反响器停留时间分布函数，而不需要反响器内微观混合程度和具体的流动特性,多釜串联模型,管式反响器，通过串级模型反响结果模拟,v,0,c,A0,v,1,c,A,1,v,2,c,A,2,v,n,c,A,n,v,i,c,Ai,假设：反响器由n个体积为V的全混流反响器串联模拟，过程容积恒定,物料平均停留时间为,，总停留时间为,n,t=0，物料在时刻t出反响器的概率等于反响器1的停留时间分布密度函数：,假设物料在反响器1和2中停留时间为，反响器3中停留时间为t-,那么物料在时间t出反响器3的概率为,依此类推，物料粒子在时刻t出第n个反响器的概率为,En(t)是以n个平均停留时间为的反响器串联时的停留时间分布密度函数,假设物料在反响器1中停留时间为，反响器2中停留时间为t-,根据概率分布的条件概率计算方法，物料在时间t出反响器2的概率为,多釜串联模型,35,多釜串联模型,事件A在另外一个事件B已经发生条件下的发生概率。条件概率表示为PA|B，读作“在B条件下A的概率。,不同釜数的多釜串联反响器停留时间分布,n=1，全混流,n=，平推流,n等于某一值，意味着该反响器的返混程度相当于n个理想混合反响器的串联。,n只是一个虚拟值，因此，n可以是整数也可以是小数。,停留时间分布密度函数的散度为总停留时间除以釜数。,实际反响器的釜数可由方差特性计算：,多釜串联模型,解题步骤：,多釜串联模型,