化學反應工程課件

第二章反響器內(nèi)的流體流動與混合

Chapter2FluidFlow&MixtureinReactor幾種理想反響器不同反響器及反響器的組合停留時間對轉(zhuǎn)化率選擇性的影響1停留時間分布測定停留時間分布與流動模型作業(yè)Assignment2.12；2.15;2.16;2.19作業(yè)上繳時間：5月19號反響器停留時間分布密度函數(shù):E(t)在反響器中停留時間[t,t+dt]區(qū)間內(nèi)微元的概率反響器停留時間分布函數(shù)：F(t)停留時間小于t的微元出現(xiàn)的概率平均停留時間〔一階矩〕停留時間分布函數(shù)數(shù)學期望:τ=∫0∞tE(t)dt停留時間分布函數(shù)方差〔二階矩〕各微元停留時間與平均停留時間的離差σ2=∫0∞(t-t)2E(t)dt復習4復習停留時間的測試方法：示蹤劑脈沖法〔C曲線〕例題2.6復化Simpson公式〔p20頁區(qū)間為偶數(shù)等分〕復化梯形公式〔區(qū)間為奇數(shù)等分〕階躍法〔F曲線〕

平推流反響器停留時間分布E(t)=vc(t)/N0平推流反響器停留時間不存在分布平推流反響器停留時間分布密度函數(shù)為一δ函數(shù)E(t)tτ平推流反響器停留時間分布δ函數(shù)性質(zhì)：δ(t-τ)=∞ t≠τδ(t-τ)=0 t=τ∫0∞δ(t-τ)dt=1E(t)tτ平推流反響器停留時間分布平推流反響器停留時間分布特性E(t)=(t-)F(t)=0,t<

F(t)=1,t

Dirac—δ函數(shù)有如下性質(zhì)：

(x)=0,x

0

即：

E(t)=0,t

(x)=

,x=0 即：

E(t)=

,t=

平推流反響器平推流反響器停留時間分布特性全混流反響器停留時間分布函數(shù)方差:σ2=τ2小結(jié)11平推流反響器E(t)=δ〔t-τ〕停留時間分布函數(shù)數(shù)學期望:τ停留時間分布函數(shù)方差:σ2=0ττττ小結(jié)非理想流動現(xiàn)象2.死區(qū)非理想流動現(xiàn)象非理想流動現(xiàn)象非理想流動現(xiàn)象真實反響器脈沖法測定的是反響器的停留時間分布密度函數(shù):E(t)=vc(t)/N0平均轉(zhuǎn)化率為所有微元轉(zhuǎn)化率之和CA=∫0∞cAE(t)dtXA=∫0∞xAE(t)dt真實反響器串聯(lián)反響器兩個反響器的平均停留時間為：1，2出第一個反響器的停留時間分布密度函數(shù)為： E(t)=t=1 E(t)=0t≠1出第二個反響器的停留時間分布密度函數(shù)：

1

2t

t1E(t)=0 t<t1兩個反響器的平均停留時間為：1，2出第一個反響器的停留時間分布密度函數(shù)為：出第二個反響器的停留時間分布密度函數(shù)：

1

2t

t1E(t)=0 t<t1參考例題2.5串聯(lián)反響器例2.6脈沖注入，測得其出口濃度隨時間的變化關(guān)系如下：

t〔min.〕0123456789101214

C〔g/m3〕01581086432.21.50.60例題例題

數(shù)值積分(矩形公式〕f(x)abAA’BB’數(shù)值積分(梯形公式〕f(x)abAA’BB’數(shù)值積分(復合梯形公式〕I=

abf(x)dx=Area(AB’ba)=ab／2*{f(a)+f[(a+b)/2]+f(b)}/2f(x)abAA’BB’數(shù)值積分(復合梯形公式〕I=

abf(x)dx=Area(AB’ba)=ab／n*{f(a)+2f[(a+ix)]+f(b)}/2f(x)abAA’BB’x數(shù)值積分(復合矩形公式〕I=

abf(x)dx=Area(AB’ba)=ab／n*{f(a)+2f[(a+ix)]+f(b)}/2f(x)abAA’BB’x

τ=1*0.02+2*0.1+3*0.16+4*0.2+5*0.16+6*0.12 +7*0.08+8*0.06+9*0.044+10*0.03+12*0.012*2=4.3min例題平均停留時間某磷酸廠產(chǎn)量為60萬噸磷酸/年，43.5萬噸P2O5/年。酸解漿料進料量為：600m3/h酸解槽體積：3000m3停留時間：5h平均停留時間t 0 30 60 90 120 180 240s 0 0.33 0.29 0.26 0.23 0.19 0.15t 300 360 420 480 600 720 840s 0.12 0.09 0.08 0.06 0.04 0.03 0.021/30ΣtsΔt=30*0.33+60*0.29+90*0.26+120*0.23+2*180*0.19+2*240*0.15+2*300*0.12+2*360*0.09+2*420*0.08+2*480*0.06+4*600*0.04+4*720*0.03+4*840*0.02=7011/30ΣsΔt=2.85τ=701/2.85=245min=4.01h停留時間分布函數(shù)與反響器類型【例題2.9】在全混流反響器中進行一級反響，反響器平均停留時間τ為1min

反響速率常數(shù)k為1min-1，液相反響物的初始濃度cA0為1kmol/m3，求反響轉(zhuǎn)化率 微團出反響器的濃度出口測定的平均濃度：停留時間分布函數(shù)反響的是反響器內(nèi)的宏觀混合信息30流動反響器中的流體混合微觀混合極限狀態(tài)：完全離析和完全微觀混合1.離析流模型：每一個流體微元相當于一個間歇反響器，相互間沒有物質(zhì)交換無論在何種完全離析流動的實際反響器中，出口的轉(zhuǎn)化率可用上式計算完全離析流動情況下的出口轉(zhuǎn)化率平推流反響器全混流反響器任何離析流反響器中進行一級反響，預測出口轉(zhuǎn)化率只需要反響器停留時間分布函數(shù)，而不需要反響器內(nèi)微觀混合程度和具體的流動特性多釜串聯(lián)模型管式反響器，通過串級模型反響結(jié)果模擬v0,cA0,v1,cA1v2,cA2vn,cAnvi,cAi,假設(shè)：反響器由n個體積為V的全混流反響器串聯(lián)模擬，過程容積恒定物料平均停留時間為τ，總停留時間為nτt=0，物料在時刻t出反響器的概率等于反響器1的停留時間分布密度函數(shù)：假設(shè)物料在反響器1和2中停留時間為θ，反響器3中停留時間為t-θ,那么物料在時間t出反響器3的概率為依此類推，物料粒子在時刻t出第n個反響器的概率為En(t)是以n個平均停留時間為τ的反響器串聯(lián)時的停留時間分布密度函數(shù)假設(shè)物料在反響器1中停留時間為θ，反響器2中停留時間為t-θ,根據(jù)概率分布的條件概率計算方法，物料在時間t出反響器2的概率為多釜串聯(lián)模型35多釜串聯(lián)模型事件A在另外一個事件B已經(jīng)發(fā)生條件下的發(fā)生概率。條件概率表示為P〔A|B〕，讀作“在B條件下A