化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題-第四章：非理想流動(dòng)

1、第四章非理想流動(dòng)1.停留時(shí)間分布的密度函數(shù)在2 .停留時(shí)間分布的密度函數(shù)在3 .當(dāng)t=0時(shí)，停留時(shí)間分布函數(shù)4 .當(dāng)t=8時(shí)，停留時(shí)間分布函數(shù)5 .停留時(shí)間分布白八密度函數(shù)時(shí)時(shí)FEE(=3>067同分為、o (脈沖法、 示蹤法)8 .平推流管式反應(yīng)器9 .平推流管式反應(yīng)器10111213141516.表示停留時(shí)間分布的分散程度的量.反應(yīng)器物料的停留時(shí)間的分布曲線是通過物理示蹤法來測(cè)定的, 階躍法、周期示蹤法、隨機(jī)輸入根據(jù)示蹤劑的輸入方式不.平推流管式反應(yīng)器.平推流管式反應(yīng)器t tt tt ttvt時(shí)，E (t)= 時(shí)，E (t)= 時(shí)，F(xiàn)(t)= 時(shí)，F(xiàn) (t)=辭(1)(0).平推流管

2、式反應(yīng)器其.平推流管式反應(yīng)器其E (o )曲線的方差oE (t)曲線的方差t(0)(0).全混流反應(yīng)器t=0時(shí)E (t) = o ( t ).全混流反應(yīng)器其 E (0)曲線的方差。(1) *全混流反應(yīng)器其E(t)曲線的方差(t )-2.偏離全混流、平推流這兩種理想流動(dòng)的非理想流動(dòng),17 (0-1)18 .當(dāng)流體在半徑為)曲線的方差則距軸心處距離為r19 .當(dāng)流體在半徑為202122232425R的管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，在徑向存在流速分布,的流速Ur o ( R )軸心處的流速以r 2u01 (一)2R的管內(nèi)作層流流動(dòng)時(shí)，管壁處的流速.流體在半徑為R的管內(nèi)作層流流動(dòng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù).流體在半徑

3、為R的管內(nèi)作層流流動(dòng)的停留時(shí)間分布函數(shù).脈沖示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布.階躍示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布u0記,uR o (0)E(t)=(2t )F(t)C0對(duì)應(yīng)曲線為QC0對(duì)應(yīng)曲線為(E (t)(F(t)曲線)曲線).非理想流動(dòng)不一定是由造成的.非理想流動(dòng)不一定是由返混造成的，但返混造成了.為了模擬返混所導(dǎo)致流體偏離平推流效果，可借助這種軸向返混與擴(kuò)散過程的相似性，(返混)(停留時(shí)間分布)2t_3t 2()2t )26返混擴(kuò)散相來加以修正，并認(rèn)為的假定該軸向返混過程可以 流、軸向分散模型)用費(fèi)克定律加以定量描述，所以，該模型稱為在的基礎(chǔ)上疊加上軸向o (平推uL27 .在軸向分散模型中，模型的唯一參

4、數(shù)彼克萊準(zhǔn)數(shù)Pe。（ Ez ）28 .在軸向分散模型中，模型的唯一參數(shù)彼克萊準(zhǔn)數(shù)愈大軸向返混程度就。（愈?。?9 .軸向分散模型的偏微分方程的初始條件和邊界條件取決于采用示蹤劑的、的情況。（輸入方式、管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)、檢測(cè)位置）30 .軸向分散模型的四種邊界條件為31. 誤差函數(shù)erf的定義式為32. 誤差函數(shù)的定義式為erf（0） 。（ 1、0）33 .軸向分散模型的數(shù)學(xué)期望值。（閉一閉式邊界、幵一閉式邊界、y閉一幵式邊界、幵一幵式邊界）2 erf （y） y x2 e dxo）2 y 2erf( y)e x dx0erf()咱咱34 .流體的混合程度常用 、來描述。（調(diào)勻度 S、流體的混合態(tài)

5、）35 .流體的混合程度常用調(diào)勻度 S來衡量，如果S值偏離，則表明混合不均勻。（1）36 .微觀流體混合的混合態(tài)稱為 。（非凝集態(tài)）37 .若流體是分子尺度作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行混合，這種流體稱為。（微觀流體）38 .若流體是以若干分子所組成的流體微團(tuán)作為單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行微團(tuán)之間的混合，且在混合時(shí)微團(tuán)之間并不發(fā)生物質(zhì)的交換,微團(tuán)內(nèi)部則具有均勻的組成和相同停留時(shí)間,這種流體稱為。（宏觀流體）39 .宏觀流體混合的混合態(tài)稱為。（完全凝集態(tài)）40 .介于非凝集態(tài)與完全凝集態(tài)之間的混合態(tài)稱為。（部分凝集態(tài)）41 .在氣一液鼓泡攪拌裝置中，氣體以氣泡方式通過裝置，是宏觀流體，而為微觀流體。（氣體、液

6、體）42 .在氣一液噴霧塔中液體以液滴形式的分散相，是宏觀流體，而為微觀流 體。（液體、氣體）43 .反應(yīng)級(jí)數(shù)n=時(shí)微觀流體和宏觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。（1）44 .對(duì)于 反應(yīng)器，微觀流體與宏觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。（平推流）45 .當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n>1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體 的出口轉(zhuǎn)化率。（高）46 .當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n 1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。（>）47 .當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n<1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體 的出口轉(zhuǎn)化率。（低）48 .當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n 1時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體低的出口轉(zhuǎn)化率。（V49 .脈沖示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布對(duì)應(yīng)曲線為。（A）A. E （

7、t）曲線B. F（ t）曲線C. I （ t）曲線D. y （t）曲線50 .階躍示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布對(duì)應(yīng)曲線為。（B）A.E (t)曲線B. F（t）曲C.（ t）曲線D. y( t )曲線2線51.平推流流動(dòng)的E （t）曲線的方差1。（A）A.0B. 0? 1C. 1D.>152.全混流流動(dòng)的E （t）曲線的方差2_。(QA.0B. 0? 1C. 1D.>153.軸向分散模型的物料衡算方程在式邊界條件卜有解析解。(D)A.閉一閉B.幵閉C.閉幵幵幵54.軸向分散模型的物料衡算方程的初始條件和邊界條件與無關(guān)。（QDA.示蹤劑的種類B.示蹤劑的輸入方式C.管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)D.檢測(cè)位

8、置55.反應(yīng)級(jí)數(shù)n=時(shí)微觀流體和宏觀流體具有相同的反應(yīng)結(jié)果。(C)A. 056.當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)B. 0.5nC. 1D. 2時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。(C)A.=0B. =1C.>1D.v 157.當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n一時(shí)，宏觀流體具有比微觀流體低的出口轉(zhuǎn)化率。(D)A.=0B. =1C.>1D.v 158.當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n一時(shí)，微觀流體具有比宏觀流體高的出口轉(zhuǎn)化率。(D)A.=0B. =1C.>1D.v 159.當(dāng)反應(yīng)級(jí)數(shù)n一時(shí)，微觀流體具有比宏觀流體低的出口轉(zhuǎn)化率。(C)A.=0B. =1C.>1D.v 160停留時(shí)間分布密度函數(shù)E (t ) 的含義？答：在定常態(tài)下

9、的連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，相對(duì)于某瞬間t=0流入反應(yīng)器內(nèi)的流體，在反應(yīng)器出口流體的質(zhì)點(diǎn)中,在器內(nèi)停留了 t到t+dt之間的流體的質(zhì)點(diǎn)所占的分率為E (t) dt (八 E(t)dt 1.0, 0分)。61 .停留時(shí)間分布函數(shù) F (t)的含義？答：在定常態(tài)下的連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，相對(duì)于某瞬間,在出口流體中停留時(shí)間小于t的物料所占的分率為62 .簡(jiǎn)述描述停留時(shí)間分布函數(shù)的特征值 ？答：用兩個(gè)最重要的特征值來描述一一平均停留時(shí)間t=0流入反應(yīng)器內(nèi)的流體tF(t) o E(t)dtt和方差t 0 tE /T 1)1) t定義式為：(出，平均停留時(shí)間t 是 E (t)曲線的分布中心，是E (t)E (t)

10、的數(shù)學(xué)期望。曲線對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的一次矩，又稱22) 2) t是表示停留時(shí)間分布的分散程度的量，在數(shù)學(xué)上它是指對(duì)于平均停留時(shí)間的二2 2X 22tt E(t)dt t0次矩t檢測(cè)的無化學(xué)反應(yīng)活性的物質(zhì)按一定的輸入方式加入穩(wěn)定的流動(dòng)系統(tǒng)，在系統(tǒng)出口的濃度隨時(shí)間的變化來確定系統(tǒng)物料的停留時(shí)間分布。同大致分為四種：脈沖法、階躍法、周期示蹤法和隨機(jī)輸入法。通過觀測(cè)該示蹤物質(zhì)根據(jù)示蹤劑輸入方式的不64.簡(jiǎn)述脈沖示蹤法測(cè)停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)應(yīng)曲線？答：脈沖示蹤法是在定常態(tài)操作的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)的入口處在t=0 的瞬間輸入一定量蹤劑A,并同時(shí)在出口處記錄出口物料中示蹤劑的濃度隨時(shí)間的變化。對(duì)應(yīng)的曲線為M克的

11、示E(t)曲線，o65. 簡(jiǎn)述階躍示蹤法測(cè)停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其對(duì)應(yīng)曲線？答：階躍示蹤法是對(duì)于定常態(tài)的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)，在某瞬間t=0示蹤劑A且濃度為°的流體，同時(shí)保持系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)模式不變，測(cè)出出口流體中示蹤劑 A的濃度隨時(shí)間的變化。對(duì)應(yīng)的曲線為66. 簡(jiǎn)述建立非理想流動(dòng)的流動(dòng)模型的步驟？將流入系統(tǒng)的流體切換為含有并在切換的同時(shí),在出口處F (t ),F(t) 7A0C 。答：1)通過冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置的停留時(shí)間分布；2) 2)根據(jù)所得的有關(guān) E (t)或F 的結(jié)果通過合理的簡(jiǎn)化提出可能的流動(dòng)模型，并根據(jù)停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定所提出的模型中所引入的模型參數(shù)；所謂物理示蹤是指

12、采用一種易63. 簡(jiǎn)述尋求停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法及其分類？ 答：通過物理示蹤法來測(cè)反應(yīng)器物料的停留時(shí)間的分布曲線。3）3）結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通過模擬計(jì)算來預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果4）4）通過一定規(guī)模的熱模實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。67. 簡(jiǎn)述非理想流動(dòng)軸向擴(kuò)散模型的特點(diǎn)？答：1）在管內(nèi)徑向截面上流體具有均一的流速；2）在流動(dòng)方向上流體存在擴(kuò)散過程，該過程類似于分子擴(kuò)散，符合Fick定律；3）軸向混合系數(shù) Ez在管內(nèi)為定值；4）徑向不存在擴(kuò)散；5）管內(nèi)不存在死區(qū)或短路流。68. 簡(jiǎn)述非理想流動(dòng)軸向擴(kuò)散模型的定義？答：為了模擬返混所導(dǎo)致流體偏離平推流效果，推流的可借助這種返混與擴(kuò)散過程的相似性，在平基礎(chǔ)上疊加上

13、軸向返混擴(kuò)散相來加以修正，并人為的假定該軸向返混過程可以用費(fèi)克（Fick ）定律加以定量描述。所以，該模型稱為“軸向分散模型”（或軸向擴(kuò)散模型）69. 簡(jiǎn)述非理想流動(dòng)多級(jí)混合模型的特點(diǎn)？答：把實(shí)際的工業(yè)反應(yīng)器模擬成由n個(gè)容積相等串聯(lián)的全混流區(qū)所組成,來等效的描述返混和停留時(shí)間分布對(duì)反應(yīng)過程內(nèi)的影響。設(shè)反應(yīng)器容積為tV,物料流入速率為 V0,則tV)"No70.舉例說明微觀流體和宏觀流體的區(qū)別?若干分子所組分子流體作為作為單動(dòng)單運(yùn)動(dòng)單元來進(jìn)行微團(tuán)之間的混合， 間并不發(fā)生物質(zhì)的交換， 微團(tuán)內(nèi)部具有均勻的組成和相同的停留時(shí)間,這種流體稱為微觀流體；若流體是以且在混合時(shí)微團(tuán)之這種流體稱為宏觀

14、流體。如在氣一液鼓泡攪拌裝置中，氣體以氣泡方式通過裝置，為微觀流體。此時(shí)氣體是宏觀流體，而液體71.應(yīng)用脈沖示蹤法測(cè)定一容積為12 l的反應(yīng)裝置，進(jìn)入此反應(yīng)器的流體流速V0=0.8（l/min ），在定常態(tài)下脈沖的輸入80克的示蹤劑A,并同時(shí)測(cè)其出口物料中c , M C OdtCOVo-5Cdt 0 2(5801000.84 1) 4(3 5 2 0) 100時(shí)間的變化，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下:t (min)05101520253035G(g/l )03554210E22試根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定曲線的方差t和 0解：首先對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，此時(shí)應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)是滿足的。02 232°

15、t2E dt tt其中V 12 15(mi n) Vo 0.8t (min)05101520253035E (t ) =C/C o00.030.050.050.040.020.010t2E (t)00.75511.251612.5900 12E(t)dt02(5 169) 4(0.7511.25 12.5 0)263由數(shù)據(jù)計(jì)算得如下表t2263 (15) 2382;至噸16972.有一管式反應(yīng)裝置經(jīng)脈沖示蹤法實(shí)驗(yàn)測(cè)得如下表所示的數(shù)：vo =0.8 m 3/min ; m=80kg ； C =80/0.8=100t (分)0246810121416一3.CA ( kg/m )06.512.512

16、.5105.02.51.002 2試根據(jù)表列數(shù)據(jù)確定該裝置的有效容積V、平均停留時(shí)間t、方差t和。解：首先對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：M- Co 1000CAdt Vot0CAdt -Cai 4(Ca2 Ca4 Ca3 Ca8)2(C A3 Ca5 CA7)Ca9 71。0°53? ? 一致性檢驗(yàn)表明，脈沖示蹤法所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是合理的。計(jì)算所得數(shù)據(jù)如下表所示:t i (分)0246810121416E(t) i00.0650.1250.1250.1000.0500.0250.0100tiE(t) i00.130.50.750.800.500.300.1400t2E(t) i00.262.04.56.45.03.601.96000 tE(t)dt2 t 1E(t) 1 4(t 2E(t) 2t 4E(t) 4 t 6E(t) 6 t 8E(t)8)3 2(t 3E(t) 3 15E(t) 5 vt 0.8 6.187t 7E(t) 7) t 9E(t) 9一 3 一4.95(m6.187(min)20 12E(t)dt t2t2247.25 (6.187) 28.9718.971(6.187) 20.234Ez當(dāng)邊界為幵一幵式時(shí),測(cè)得UI此反應(yīng)若在活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率為求此反0.082,