化學(xué)反應(yīng)工程：第六章 混合過(guò)程與非理想反應(yīng)器復(fù)習(xí)

1、Chemical Reaction Engineering第六章混合過(guò)程與非理想反應(yīng)器6.1混合現(xiàn)象PFR物料質(zhì)點(diǎn)具有相同的停留時(shí)間CSTR物料質(zhì)點(diǎn)具有不同的停留時(shí)間非理想流動(dòng)：介于PFR與CSTR之間微團(tuán)（凝聚態(tài)）：固體顆粒、分子袋（團(tuán)）停留時(shí)間分布年齡分布、壽命分布某個(gè)微團(tuán)的濃度對(duì)應(yīng)該微團(tuán)的停留時(shí)間動(dòng)力學(xué)關(guān)系Chemical Reaction Engineering按混合對(duì)象：相同年齡物料之間的混合同齡混合不同年齡物料之間的混合返混按混合尺度：宏觀混合設(shè)備尺度平推流、全混流微觀混合微團(tuán)尺度完全混合、完全不混、部分混合主體流動(dòng)分子擴(kuò)散湍動(dòng)破碎形成微團(tuán)機(jī)械攪拌射流混合Chemical Reac

2、tion Engineering6.2 停留時(shí)間分布 （RTD）Residence Time Distribution一、RTD概念RTD物料在反應(yīng)器內(nèi)（或出口）的停留時(shí)間分布?jí)勖植荚诜磻?yīng)器出口的物料停留時(shí)間分布年齡分布在反應(yīng)器內(nèi)物料的停留時(shí)間分布年齡壽命Chemical Reaction Engineering含義：同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的物料，在出口流體中停留時(shí)間介于 t t+dt之間的物料所占總物料的百分率（分率）應(yīng)為RTD密度函數(shù)歸一性停留時(shí)間分布密度函數(shù)響應(yīng)示蹤C(jī)hemical Reaction EngineeringRTD密度函數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù)含義：同時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的物料，在出口流體中停

3、留時(shí)間小于t 的物料所占總物料的百分率（分率）。Chemical Reaction Engineering二、RTD的數(shù)字特征數(shù)學(xué)期望 RTD對(duì)原點(diǎn)的一階矩（重心）意義：物料的平均停留時(shí)間對(duì)PFR、CSTR，等容時(shí)， Chemical Reaction Engineering有偏離無(wú)偏離方差RTD對(duì)數(shù)學(xué)期望的二階矩意義：RTD對(duì) 的偏離程度Chemical Reaction Engineering對(duì)比時(shí)間（無(wú)因次時(shí)間）Chemical Reaction Engineering三、停留時(shí)間分布的測(cè)定示蹤法脈沖示蹤法、階躍示蹤法示蹤劑流動(dòng)性相近、便于檢測(cè)、惰性A.脈沖法測(cè)得停留時(shí)間分布密度函數(shù)響應(yīng)

4、B.階躍法測(cè)得停留時(shí)間分布函數(shù)Chemical Reaction Engineering當(dāng)0.632四、CSTR中的停留時(shí)間分布Chemical Reaction Engineering方差函數(shù)無(wú)因次方差PFR的RTD：Chemical Reaction Engineering思考題：等體積PFR與CSTR串連，畫(huà)出反應(yīng)器組合系統(tǒng)的RTD曲線t如果Chemical Reaction Engineering有偏離無(wú)偏離方差RTD對(duì)數(shù)學(xué)期望的二階矩意義：RTD對(duì) 的偏離程度Chemical Reaction Engineering流化床反應(yīng)器流固相反應(yīng)器特點(diǎn)：反應(yīng)器是一個(gè)全混釜每一個(gè)顆粒獨(dú)立反應(yīng)，

5、與其他顆粒 完全不混每一個(gè)顆粒相當(dāng)于一個(gè)間歇反應(yīng)器每一個(gè)顆粒的反應(yīng)程度(轉(zhuǎn)化率） 由該顆粒在反應(yīng)器中的停留時(shí)間決定反應(yīng)器存在停留時(shí)間分布（RTD）反應(yīng)器中的總反應(yīng)速率（轉(zhuǎn)化率）是各個(gè)顆粒速率（轉(zhuǎn)化率）的平均值6.3 CSTR中的固相反應(yīng)Chemical Reaction Engineering連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的考察方法：均相-反應(yīng)器固相-物料考察對(duì)象考察方法CSTR連續(xù)均相微團(tuán)之間完全混合 CSTR 連續(xù)液液非均相 微團(tuán)之間 部分混合只能判斷不能計(jì)算反應(yīng)器操作方式相態(tài)混合狀態(tài)返混程度處理方法CSTR連續(xù)固相微團(tuán)之間完全不混可以計(jì)算Chemical Reaction Engineering三、R

6、TD對(duì)固相反應(yīng)的影響與計(jì)算RTD對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響轉(zhuǎn)換為：變量不均勻性對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響分布參數(shù)函數(shù)平均值參數(shù)平均值的函數(shù)值上凹曲線不混比混合好Chemical Reaction Engineering上凹曲線線性關(guān)系混合比不混合好不混與混合一樣Chemical Reaction Engineering固相加工反應(yīng)的計(jì)算在 tt+dt 物料分率為 ，對(duì)總量的貢獻(xiàn)為：總結(jié)果：同理：動(dòng)力學(xué)關(guān)系積分形式：總量與分量的關(guān)系Chemical Reaction Engineering要求：1、根據(jù)數(shù)據(jù)或函數(shù)計(jì)算例題6-3, 6-8，習(xí)題 6-1,6-3,6-42、根據(jù)圖形計(jì)算 寫(xiě)出f(t)的表達(dá)式3、根據(jù)數(shù)據(jù)

7、和圖形計(jì)算固相反應(yīng)例題6-9，習(xí)題 6-6,6-8 Chemical Reaction Engineering四、微觀混合對(duì)反應(yīng)過(guò)程的影響宏觀流體流體中分子以凝聚態(tài)存在 只有宏觀混合 處理方法：與固相反應(yīng)類似微觀流體達(dá)到分子尺度的均勻（均相） 完全的微觀混合C1C2液滴分散 合并滴際混合微團(tuán)之間發(fā)生部分混合 介于均相與固相之間 缺乏理論模型定性判斷： 假定反應(yīng)在分散相中進(jìn)行Chemical Reaction Engineering滴際混合對(duì)反應(yīng)的影響（返混存在）濃度參數(shù)的分布性對(duì)反應(yīng)影響 函數(shù)平均值參數(shù)平均值的函數(shù)值C1C2液滴n1, 上凹 ， 混合不利n=1, 線性， 無(wú)影響n1, 下凹， 混合有利C1C2Chemical Reaction Engineering6.4 停留時(shí)間分布的應(yīng)用與非理想流動(dòng)模型一、RTD的應(yīng)用1.判斷返混程度的大小2.計(jì)算反應(yīng)結(jié)果3.流型判斷4.確定反應(yīng)器的模型參數(shù)PFR模型CSTR模型軸向擴(kuò)散模型多釜串連模型Chemical Reaction Engineering軸向擴(kuò)散模型平推流+軸向擴(kuò)散Peclet準(zhǔn)數(shù)：De軸向有效擴(kuò)散系數(shù)（單參數(shù)）返混不大時(shí)：大，返混小小，返混大P