化学反应工程-第4章复习.ppt

1,第四章,非理想流动（复习）,漳州师范学院化学与环境科学系陈建华,2,1.停留时间分布密度函数,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tt+dt的那部分粒子dN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具有归一化的性质：,3,2.停留时间分布函数,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。,4,3.E(t)和F(t)之间的关系,分布函数是密度函数的可变上限积分,密度函数是分布函数的一阶导数,5,1、脉冲示踪法,二、停留时间分布的实验测定,即由出口的C(t)t曲线可获得F(t)曲线。,2、阶跃示踪法,6,三、停留时间分布函数的数字特征,为了对不同的停留时间函数进行定量比较，通常是比较其特征值。常用的特征值有数学期望和方差。,1.数学期望（平均停留时间）,7,2.方差(对均值的二次矩),若越小，则偏离程度越小，对于平推流全混留,对于等时间间隔取样的实验数据,8,无因次化,由于F(t)本身是一累积概率，而是t的确定性函数，根据随机变量的确定性函数的概率应与随机变量的概率相等的原则，有：,令,则,四、用对比时间表示的概率函数,9,无因次化方差,可推知：平推流全混流,10,五、常见的几种流动模型,平推流模型全混流模型,一、理想流动模型,1.全混流,2.平推流,3.工业反应器,11,二、非理想流动模型,（一）多级混合模型(N为模型参数),（二）轴向分散模型,12,无因次平均停留时间：,无因次方差：,（一）多级混合模型(N为模型参数),13,模型参数N,所以，实际反应器方差应介于0与1之间,当,与全混流模型一致,14,（二）轴向分散模型,引入无因次量：,15,Pe为彼克列数，是模型的唯一参数。它表示对流流动和扩散传递的相对大小。当Pe0时，对流传递速率较之扩散传递速率要慢得多，属于全混流情况。当Pe时，属活塞流情况，此时扩散传递与对流传递相比可略去不计,代入上式得轴向扩散模型无因次方程为：,式中,16,六流体的混合态及其对反应的影响,1流体的混合态离析流模型的基本假定是流体粒子从进入反应器起到离开反应器止，粒子之间不发生任何物质交换，这种状态称为完全离析，即各个粒子都是孤立的，各不相干的。如果粒子之间发生混合又是分子尺度的，则这种混合称为微观混合。当反应器不存在离析的流体粒子时，微观混合达到最大，这种混合状态称为完全微观混合或最大微观混合。,17,2流体的混合态对反应过程的影响,设浓度分别为CA1和CA2体积相等的两个流体粒子，进行级不可逆反应。,如果这两个粒子是完全离析的，则其各自的反应速率应为rA1及rA2，其平均反应速率则为：,假如这两个粒子间是微观混合，此种情况的平均反应速率应为：,18,微观混合程度对化学反应的速率的影响：,反应速率与浓度的关系曲线为凸曲线；,反应速率与浓度的关系曲线为凹曲线；,反应速率与浓度成线性关系,=1时,1时,1时,19,20,微观流体和宏观流体的区别,若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为微观流体；若流体是以若干分子所组成的流体微团作为单独的运动单元来进行微团之间的混合，且在混合时微团之间并不发生物质的交换，微团内部具有均匀的组成和相同的停留时间，这种流体称为宏观流体。如在气液鼓泡搅拌装置中，气体以气泡方式通过装置，此时气体是宏观流体，而液体为微观流体。,