1、四、非理想流动反应器,实际反应器中混合状态和流动状态与理想反应器有偏差。 流动状态用用停留时间分布来描述；混合状态用聚集状态来分析。,釜式（槽式）反应设备,长径比12,内设有搅拌装置及档板，根据需要安装内外换热器 工业上应用广泛的反应器 可以用来均相反应, 也可用于多相反应,管式反应设备,定义：长度远大于其直径(长径比10以上)的反应器用途：用于均相反应，也可用于多相(拟均相)反应,多釜串联装置,实际反应器中的非理想流动,流体在管式反应器中的流动流体在管内的径向流速分布是不均匀的，中心处的流速最大，靠壁处最小;中心部分的流体在反应器内的留时间短，靠近管璧处的流体停留时间则长。停留时间不同，反应
2、程度自然就不一样。,实际反应器中的非理想流动,掌握： 停留时间分布的实验测定方法和数据处理。 理想反应器停留时间分布的数学表达式。 返混的概念。 非理想流动模型的模型假定与数学模型建立的基本思路，模型参数的确定。 利用扩散模型和多釜串联模型的反应器计算。 理解： 停留时间分布的概念和数学描述方法。 停留时间分布的数字特征和物理意义。 了解： 流动反应器中的微观混合与宏观混合及其对反应器性能的影响,停留时间分布规律(RTD) 其对反应效果的影响,描述停留时间分布的函数： 停留时间分布密度函数和停留时间分布函数间歇系统：不存在RTD； 流动系统：存在RTD问题,停留时间分布的实验测定,刺激响应实验
3、技术,刺激响应技术应用原则,示踪物停留时间分布可认为是研究流体的停留时间分布,对示踪物的要求： 与原流体有相似的物理性质，加入后不改变流态； 不与研究的流体发生化学反应； 易溶于流体中； 易于检测（微量时）； 对于多相系统，示踪剂不发生从一个相到另一 个相的转移（即不挥发到另一相或不被另一相吸等）； 响应信号与浓度的关系易于处理。,示踪剂加入方式及其响应类型,示踪剂输入法,停留时间分布的实验测定,稳定流动下反应器中常用的 刺激响应技术,示踪剂脉冲加入后的响应情况 a管式反应器；b釜式连续反应器；c间歇反应器,阶跃法有升跃法和降跃法之分,阶跃法示意图,反应器进出口流动边界条件,或：闭式系统具有闭
4、式边界，即进口和出口没有返混。反之，则为开式边界。,反应器进出口流动边界条件,C曲线和E曲线（脉冲法）,对恒密度系统：,离散数据点,停留时间E分布曲线,E(t)反映了停留时间沿时间轴的分布密度，称停留时间分布密度函数。 特征：？,F曲线（阶跃示踪法）,可见：E(t)为点分布函数；F(t)为累计分布函数。,阶跃输入时典型的输出F曲线 1非理想流动；2活塞流；3全混流,停留时间分布函数E(t),停留时间分布密度 特性：,和,实为累计停留时间分布函数！,特征值分析及其物理意义,响应曲线函数类型,响应曲线类型C曲线,响应曲线类型F曲线,闭式反应器中不同流动特征,变化的。,使用阶跃法建立全混流的流动模型
5、，如果所示，将全釜作为控制体，对示踪剂作物料衡算，有：,全混流模型,流入的摩尔流率=流出的摩尔流率+积累的摩尔流率,积分上式，得：,由F(t)定义知：,用无因次表示为：,边界条件：,全混流的E(t)和F(t)图示,图 5.9 全混反应器的 E(t)、F(t)图,活塞流模型,活塞流反应器的E(t)图,活塞流反应器的F(t)图,活塞流的停留时间分布密度为：,分布函数为：,均值和方差分别为：,无因次特征值,停留时间分布信息的应用,试求例3-1中分布函数E的方差,一般是停留时间分布愈窄，设备的性能愈好,按流体混合的细节，讨论两种极端情况：,非理想流动反应器数学模型,扩 散 模 型,Pe的求法,CA,2
6、,2,2,2,槽 列 模 型,模型参数的估算可以使用矩法，多釜串联的均值和方差分别为：,所以，参数模型,两种特例：,实际反应器的方差介于上述两个极端情况之间，即,(全混流),(活塞流),-1,具有死区的全混流模型,观测值小于理论值,（釜式反应器）,组合 模 型,具有死区的平推流模型,早出峰,观测值小于理论值,（管式反应器）,具有短路流的平推流模型,出现双峰，且时间很短时出尖锐峰,（管式反应器）,具有短路流的全混流模型,时间很短时出尖锐峰,（釜式反应器）,全混流与平推流串联模型,晚出峰（釜式反应器）,全混流与平推流、短路流并联模型,（釜式反应器）,出现双峰，且时间很短时出尖锐峰,例 题,在一闭式容器中进行停留时间分布的脉冲实验，测得数据如下：,求：（1）E(t)、 、 ，并判断该反应器中流体的流动更接近于那种理想反应器； （2）在该容器内进行一级不可逆反应（-rA）=kCA, k=0.15min-1，用多釜串联模型求出口转化率； （3）试用离析流模型求出口转化率； （4）若采用全混流与平推流模型，则出口转化率是多少？,解：(1),= 6.24min,其中,由动力学方程式得出。,（2）,= 47.44-38.94 = 8.50min2,或按N=4.58计算也可：,(3),= 0.572 = 57.2%,(4)对恒容系统来说，,平推流模型：,全混流模型：,卷 积 分,卷积分推导示意图,
