教學(xué)培訓(xùn)天津大學(xué)反應(yīng)工程課件第五章課件

停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型第五章天津大學(xué)化工學(xué)院反應(yīng)工程教學(xué)組1停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型第五章天津大學(xué)化工學(xué)院11.停留時(shí)間分布概述活塞流和全混流反應(yīng)器中流體流動(dòng)可分別采用活塞流與全混流模型描述，反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)狀況的不同對(duì)反應(yīng)有十分明顯的影響；反應(yīng)進(jìn)行的完全程度與物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)；流動(dòng)狀況可通過(guò)停留時(shí)間分布定量表征，流動(dòng)模型基于停留時(shí)間分布；停留時(shí)間分別有年齡分布與壽命分布；停留時(shí)間分布研究對(duì)象是反應(yīng)器內(nèi)的流體粒子或微團(tuán)。21.停留時(shí)間分布概述活塞流和全混流反應(yīng)器中流體流動(dòng)可分別采t=0100個(gè)2.停留時(shí)間分布的定量描述3t=02.停留時(shí)間分布的定量描述344歸一化條件停留時(shí)間分布密度函數(shù)E

(t)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)tt+dtE(t)5歸一化停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。多釜串聯(lián)模型的E()圖C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著區(qū)別于主流體的某一性質(zhì)以便于檢測(cè)外，兩者應(yīng)盡可能相同餓物理性質(zhì)；停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)流動(dòng)狀況可通過(guò)停留時(shí)間分布定量表征，流動(dòng)模型基于停留時(shí)間分布；微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響停留時(shí)間分布的定量描述測(cè)得一流動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線c(t),試推導(dǎo)平均停留時(shí)間和方差4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。封閉系統(tǒng)，ρ＝常數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù)F

(t)6方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。封閉系統(tǒng)，ρ＝常數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù)F5.2停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定1.脈沖法2.階躍法－－3.周期輸入法升階法降階法示蹤響應(yīng)法：通過(guò)在系統(tǒng)中加入示蹤劑的方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。75.2停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定1.脈沖法升階法降階法示蹤響脈沖法輸入曲線響應(yīng)（輸出）曲線c0(t)示蹤劑加入方法；輸出曲線的測(cè)定方法。8脈沖法輸入曲線響應(yīng)（輸出）曲線c0(t)示蹤劑加入方法；8示蹤劑加入總量系統(tǒng)出口檢測(cè)的示蹤劑量例5.1脈沖法停留時(shí)間分布的計(jì)算。t→t+dt示蹤劑分布9示蹤劑加系統(tǒng)出口檢測(cè)例5.1脈沖法停留時(shí)間分布的計(jì)算。t→t階躍法系統(tǒng)切換主流體QQ檢測(cè)器含示蹤劑的流體Q與脈沖法區(qū)別？10階躍法系統(tǒng)切換主流體QQ檢測(cè)器含示蹤劑的流體Q與脈沖法區(qū)別C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法0c(∞)c0(t)tt=0輸入曲線響應(yīng)曲線c(∞)c(t)t011C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法0c(∞)c0(2用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；停留時(shí)間分布研究對(duì)象是反應(yīng)器內(nèi)的流體粒子或微團(tuán)。全混流與活塞流（平推流）停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)（2）若采用活塞流管式反應(yīng)器，試預(yù)測(cè)反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率，并比較。微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響（2）若采用活塞流管式反應(yīng)器，試預(yù)測(cè)反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率，并比較。示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法t-dt→t示蹤劑輸入量停留時(shí)間小于t的示蹤劑量122用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別升階法t-降階法0c(0)c0(t)tt=00c(0)c(t)t輸入曲線響應(yīng)曲線C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度13降階法0c(0)c0(t)tt=00c(0)c(t)t輸入曲降階法t→t+dt示蹤劑輸入量停留時(shí)間大于t的示蹤劑量14降階法t→t+dt示蹤劑輸入量停留時(shí)間大于14示蹤劑選擇基本原則示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著區(qū)別于主流體的某一性質(zhì)以便于檢測(cè)外，兩者應(yīng)盡可能相同餓物理性質(zhì)；示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；示蹤劑應(yīng)不與主流體發(fā)生反應(yīng)，用于多相系統(tǒng)的示蹤劑應(yīng)不發(fā)生相間轉(zhuǎn)移。15示蹤劑選擇基本原則示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著1.平均停留時(shí)間161.平均停留時(shí)間162.方差P134,例5.2用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別測(cè)得一流動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線c(t),試推導(dǎo)平均停留時(shí)間和方差與c(t)的關(guān)系。（*）P135,例5.3172.方差P134,例5.2用（1）脈沖法、（2）升階法、5.4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布(t)t=0tE(t)1.01.活塞流模型185.4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布(t)t=0tE(t)1919全混流活塞流P139,例5.4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)20全混流活塞流P139,例5.4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)205.5非理想流動(dòng)現(xiàn)象1.滯流固定床反應(yīng)器停留時(shí)間分布215.5非理想流動(dòng)現(xiàn)象1.滯流固定床反應(yīng)器停留時(shí)間分布2122223.短路233.短路23層流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布4.徑向速率不均勻24層流反應(yīng)器的停留時(shí)間分布4.徑向速率不均勻245.6非理想流動(dòng)模型1.離析流模型255.6非理想流動(dòng)模型1.離析流模型252.多釜串聯(lián)模型活塞流流反應(yīng)器單個(gè)全混流反應(yīng)器多釜串反應(yīng)器N？262.多釜串聯(lián)模型活塞流單個(gè)全混多釜串N？26cPcp-1c0cN初始條件●多釜串平均停留時(shí)間與方差的計(jì)算（升階法）27cPcp-1c0cN初始條件●多釜串平均停留時(shí)間與方差的計(jì)算P=1P=228P=1P=228P=N29P=N29多釜串聯(lián)模型的E()圖30多釜串聯(lián)模型的E()圖30P151，例5.8（1）多釜串聯(lián)模型進(jìn)行反應(yīng)器計(jì)算（2）若采用活塞流管式反應(yīng)器，試預(yù)測(cè)反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率，并比較。31P151，例5.8（1）315.8流動(dòng)反應(yīng)器中流體的混合宏觀流體微觀流體完全離析完全微觀混合部分離析基本概念1.宏觀混合：設(shè)備尺度上的混合。全混流與活塞流（平推流）2.微觀混合：微團(tuán)尺度上的混合。325.8流動(dòng)反應(yīng)器中流體的混合宏觀流體完全離析基本概念1.2.微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響332.微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響333.混合早晚對(duì)反應(yīng)器影響343.混合早晚對(duì)反應(yīng)器影響34謝謝觀看謝謝觀看停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型第五章天津大學(xué)化工學(xué)院反應(yīng)工程教學(xué)組36停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型第五章天津大學(xué)化工學(xué)院11.停留時(shí)間分布概述活塞流和全混流反應(yīng)器中流體流動(dòng)可分別采用活塞流與全混流模型描述，反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)狀況的不同對(duì)反應(yīng)有十分明顯的影響；反應(yīng)進(jìn)行的完全程度與物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)；流動(dòng)狀況可通過(guò)停留時(shí)間分布定量表征，流動(dòng)模型基于停留時(shí)間分布；停留時(shí)間分別有年齡分布與壽命分布；停留時(shí)間分布研究對(duì)象是反應(yīng)器內(nèi)的流體粒子或微團(tuán)。371.停留時(shí)間分布概述活塞流和全混流反應(yīng)器中流體流動(dòng)可分別采t=0100個(gè)2.停留時(shí)間分布的定量描述38t=02.停留時(shí)間分布的定量描述3394歸一化條件停留時(shí)間分布密度函數(shù)E

(t)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)tt+dtE(t)40歸一化停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。多釜串聯(lián)模型的E()圖C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著區(qū)別于主流體的某一性質(zhì)以便于檢測(cè)外，兩者應(yīng)盡可能相同餓物理性質(zhì)；停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)流動(dòng)狀況可通過(guò)停留時(shí)間分布定量表征，流動(dòng)模型基于停留時(shí)間分布；微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響停留時(shí)間分布的定量描述測(cè)得一流動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線c(t),試推導(dǎo)平均停留時(shí)間和方差4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。封閉系統(tǒng)，ρ＝常數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù)F

(t)41方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。封閉系統(tǒng)，ρ＝常數(shù)停留時(shí)間分布函數(shù)F5.2停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定1.脈沖法2.階躍法－－3.周期輸入法升階法降階法示蹤響應(yīng)法：通過(guò)在系統(tǒng)中加入示蹤劑的方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。425.2停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定1.脈沖法升階法降階法示蹤響脈沖法輸入曲線響應(yīng)（輸出）曲線c0(t)示蹤劑加入方法；輸出曲線的測(cè)定方法。43脈沖法輸入曲線響應(yīng)（輸出）曲線c0(t)示蹤劑加入方法；8示蹤劑加入總量系統(tǒng)出口檢測(cè)的示蹤劑量例5.1脈沖法停留時(shí)間分布的計(jì)算。t→t+dt示蹤劑分布44示蹤劑加系統(tǒng)出口檢測(cè)例5.1脈沖法停留時(shí)間分布的計(jì)算。t→t階躍法系統(tǒng)切換主流體QQ檢測(cè)器含示蹤劑的流體Q與脈沖法區(qū)別？45階躍法系統(tǒng)切換主流體QQ檢測(cè)器含示蹤劑的流體Q與脈沖法區(qū)別C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法0c(∞)c0(t)tt=0輸入曲線響應(yīng)曲線c(∞)c(t)t046C(∞)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法0c(∞)c0(2用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；停留時(shí)間分布研究對(duì)象是反應(yīng)器內(nèi)的流體粒子或微團(tuán)。全混流與活塞流（平推流）停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型方法來(lái)測(cè)定停留時(shí)間分布。停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)（2）若采用活塞流管式反應(yīng)器，試預(yù)測(cè)反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率，并比較。微觀混合對(duì)反應(yīng)速率的影響（2）若采用活塞流管式反應(yīng)器，試預(yù)測(cè)反應(yīng)器出口A的轉(zhuǎn)化率，并比較。示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)性質(zhì)4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度升階法t-dt→t示蹤劑輸入量停留時(shí)間小于t的示蹤劑量472用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別升階法t-降階法0c(0)c0(t)tt=00c(0)c(t)t輸入曲線響應(yīng)曲線C(0)：含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度48降階法0c(0)c0(t)tt=00c(0)c(t)t輸入曲降階法t→t+dt示蹤劑輸入量停留時(shí)間大于t的示蹤劑量49降階法t→t+dt示蹤劑輸入量停留時(shí)間大于14示蹤劑選擇基本原則示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著區(qū)別于主流體的某一性質(zhì)以便于檢測(cè)外，兩者應(yīng)盡可能相同餓物理性質(zhì)；示蹤劑應(yīng)低濃度時(shí)即可方便檢測(cè)；示蹤劑的濃度最好與檢測(cè)信號(hào)具有較寬的線形范圍；示蹤劑應(yīng)不與主流體發(fā)生反應(yīng)，用于多相系統(tǒng)的示蹤劑應(yīng)不發(fā)生相間轉(zhuǎn)移。50示蹤劑選擇基本原則示蹤劑應(yīng)易于和主流體溶或混為一體，除了顯著1.平均停留時(shí)間511.平均停留時(shí)間162.方差P134,例5.2用（1）脈沖法、（2）升階法、（3）降階法分別測(cè)得一流動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線c(t),試推導(dǎo)平均停留時(shí)間和方差與c(t)的關(guān)系。（*）P135,例5.3522.方差P134,例5.2用（1）脈沖法、（2）升階法、5.4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布(t)t=0tE(t)1.01.活塞流模型535.4理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布(t)t=0tE(t)5419全混流活塞流P139,例5.4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)55全混流活塞流P139,例5.4反應(yīng)器全混流模型的檢驗(yàn)205.5非理想流動(dòng)現(xiàn)象1.滯流固定床反應(yīng)器停留時(shí)間分布565.5非理想流動(dòng)現(xiàn)象1.滯流固定床反應(yīng)器停留時(shí)間分布2157223.短路583.短路2