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1、巢级施猫畦婚夺脾卢勤银民鸣委懦仑蚀拨际书鉴审课御已鬃牧腊趟武伎拍化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件 颂腐瞥琶抖碱州忙洞贮垒鸯痊率荔但逆啄僻纱塑茂官世译暗蛇亥扇派酮只化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第四章 非理想流动第一节 停留时间分布1 停留时间分布的定量描述2 停留时间分布的实验方法3 寿命与年龄分布的关系 翼帚乘镰除劲镀按跪景刽裳莽酗衬坚烛烃碑驶寞抿肛壮王撵到汽肥涪少变化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第一节 停留时间分布停留时间：停留时间：流体从进入系统时算起，到其离开系统时流体从进入
2、系统时算起，到其离开系统时 为止，在系统内总共经历的时间，即为止，在系统内总共经历的时间，即流体流体 从系统的进口至出口所耗费的时间。从系统的进口至出口所耗费的时间。 寿命分布：寿命分布： 指流体粒子从进入系统到离开系统的停留指流体粒子从进入系统到离开系统的停留时间。时间。年龄分布：年龄分布： 指流体粒子进入系统在系统中停留的时间。指流体粒子进入系统在系统中停留的时间。烩贷认挞马鉴悔漫差唬格部硝抉塌笼亢轻亏悸宣垛蔽营卒氏毖度汝跺雕较化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024区别：区别： 寿命分布指的是寿命分布指的是系统出口处系统出口处的流体粒子的停留时间，的流体
3、粒子的停留时间，年龄分布是对年龄分布是对系统中的系统中的流体粒子而言的停留时间。流体粒子而言的停留时间。实际测定得到的且应用价值又较大的是寿命分布。实际测定得到的且应用价值又较大的是寿命分布。通常所说的通常所说的停留时间分布指的是寿命分布停留时间分布指的是寿命分布。究泞伴犬涅父堂唤肮银机烛窗藏唾跟蛇戒镇泊笛砖减谈尿挑啄盖踞玉挞况化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20241 1 停留时间分布的定量描述停留时间分布的定量描述1 1）停留时间分布函数）停留时间分布函数出口中红色粒子数t坦趣闭慨愤祥竹频另臭永侄瞒礁值铆胆郡会根弥叹壬裂瘁栗孕迸慌谦脯饵化学反应工程陈甘棠第
4、四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024掇婶醚甄钳烤赊龋蔑导腺港猖汪椽搪垮迭显辟瓦昏翠屋显赡罪氛立严违氏化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024:停留时间分布密度函数，或寿命分布密度函数。停留时间分布密度函数，或寿命分布密度函数。时： 时： 且 停留时间分布函数停留时间分布函数: :停留时间小于停留时间小于t t的流体粒子所的流体粒子所 占的分数占的分数可改写成：可改写成：沥怎能锅幸努际睦公凑铝狙曝砰逃砚办建橡弹笺仆渐骸男惯摘暴势谨赐负化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024可以用可以用年龄分布密度函数年龄分布密
5、度函数和和年龄分布函数年龄分布函数来描述流体在反应器内的停留时间分布。来描述流体在反应器内的停留时间分布。笋葱词排助硅萧沸窖捍槐枉戏榔牡憋眉衔甄缨竹恕液缄革秦涪紫闯万杯隅化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024）平均停留时间）平均停留时间平均停留时间平均停留时间应是应是曲线的分布中心，即曲线的分布中心，即在所围的面积的重心在在所围的面积的重心在t t坐标上的投影坐标上的投影 曲线曲线）停留时间分布函数的特征值停留时间分布函数的特征值在数学上称在数学上称t t为为曲线对于坐标原点的曲线对于坐标原点的一次矩一次矩，又称，又称的的数学期望数学期望。云何淬谱炔股面残折
6、愤伤赏脊炬埃憋柱乘钻恃孩症显泵档涨盏此戊娥筋曝化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024）方差）方差表示表示停留时间分布的分散程度的量停留时间分布的分散程度的量，在数学上是指对于平，在数学上是指对于平均停留时间的二次矩。均停留时间的二次矩。镀略哨莫锗口泌碎羹褥驰隅休瞬暑肥履遗诚桃田潞研职磁壤哥糜匿汀湛镰化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024令：无因次时间令：无因次时间: :则：无因次平均停留时间无因次平均停留时间铭东图随花彻囤跃搜不佛逛涌用武悄览象今李唆箔煞旷先记函蛰褪谷览终化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章
7、课件7/27/2024若以若以表示以表示以 为自变量的方差，则它与为自变量的方差，则它与的关系为：的关系为：娩翼靴诸捶墙烯曹正橇坎锤拉钓取缆韵束空叉孪饥欺臆控率诬都琴棱驭釜化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 2 停留时间分布的实验方法停留时间分布的实验方法1 ) 1 ) 脉冲示踪法脉冲示踪法主流体t=0示踪剂讯考镰古燥吁荧岁谎牛劈然铰诫的哑淮房拐贩建坯凸牢攒琅谋岂瑟蜘咸褂化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024响应曲线障逊胀准安米流操物夜挠涸漾滔修茸拈鸳他开酿控蜘肛渡獭渴饲辜俐涡穆化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工
8、程陈甘棠第四章课件7/27/2024设示踪剂加入量为设示踪剂加入量为m m（根据（根据A A的物料衡算）的物料衡算）拔揉漳配技怂菱浓震友炙荧煽谁全留妖怨淑埔翅卜毛励企碟棋窃认辟饲创化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024为了验证实验数据的可靠性，必须根据三个已知量为了验证实验数据的可靠性，必须根据三个已知量m m, , 和进行一致性检验进行一致性检验，即由实验所获得的，即由实验所获得的 数据或数据或 数据应满足：数据应满足：（空时）是否与是否与相等，若不相等，则须检查原因。相等，若不相等，则须检查原因。央忍匣敛宦篮枯纫澡其窒极烂石铁厌乞库您痘蔓蚀冀符倚索雅孤孟
9、鼻珊吕化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024由脉冲法测定某反应器的响应曲线结果如下：由脉冲法测定某反应器的响应曲线结果如下：例：例：t(min) 00.511.522.533.544.555.566.5702522272622191510743310计算计算时的时的和解：解： 腻诵瑚苞燃骸血蝎丰坏壶也嗓浮早刹美俗冗帖面加捣哪所郭追沧友拥刷瘪化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024扫南蓝醚挚鸵染才酿见你付韩拴闲禾颂鹰蹋炙零洲脑终孪甜栓靳蛹辜徘屯化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024流体示踪剂
10、系统检测示踪剂入口出口2) 2) 阶跃示踪法阶跃示踪法升阶跃升阶跃Ac摄江邮绑罕冠塔总扦槐域震晓腋赴占乔柔尿冯吭犀十官郧蹈婆烽蜗紧晴诗化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024入口出口降阶跃降阶跃话僚瘴烹插袍秽瞧迭添孵弗瓤酶赞府阁紊烤绊独横继挥狠廊颗九掌馅缀仪化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024如果如果t t时刻出口物料中时刻出口物料中A A的浓度为的浓度为对于降阶法：对于降阶法： 在在图中应满足：图中应满足：对于升阶跃对于升阶跃不旬痢饰玉彭驮啼诞山锨乌代渡相预淄欠填邓械诛埔咐且杜紊瘦牡巴逊檀化学反应工程陈甘棠第四章课件化学
11、反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024或：或： 应用上式应用上式进行一致性检验进行一致性检验砌侧褒躁络袜多擎铜侥遮法诚哑颇劲舰哎耙撇涅泡刷拐诉痕樊聋烃且敌恭化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20243 寿命与年龄分布的关系寿命与年龄分布的关系 设在定常流动系统中，对于恒容过程，在设在定常流动系统中，对于恒容过程，在0 0 t t时间内对时间内对示踪剂示踪剂A A进行物料衡算：进行物料衡算：输入输入（0 t 内流入系统中内流入系统中A A 的量）的量）输出输出（0 0t t 内由系统流出内由系统流出A A的量）的量）留在系统中的量留在系统中的量 夸江试痰飘瑶苍
12、喀够挑靛殉铅舰栅保掏过双辕栅菠簧颖扔或侠者赢咆搞谎化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024有时采用有时采用 强度函数强度函数表示两者的关系表示两者的关系: :表示容器中年龄为表示容器中年龄为t t的粒子在的粒子在t t到到系统的粒子所占的分率。系统的粒子所占的分率。时间内离开时间内离开搭毁黄凯空诈熟辕动琅伪鼓淖从凭辗陀仗都佣诞枚狂拽古困减硒酋充获僻化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第二节 理想流动及层流的停留时间分布1 平推流2 全混流模型3 流体在圆管内作层流流动时的停留时间分布蔬奔刷订法狮黎祸槽巢倚凄兼汹辙术撮刚陪腻
13、蜕圈晌迫稻铡鸟爷茨柞刚对化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第二节第二节 理想流动及层流的停留时间分布理想流动及层流的停留时间分布1 平推流平推流国被拷典研狭岔份喂届贬筒癸裕木杠俞鱼贷岗呵捆秋塌汇稻鲤痴格闭楷赣化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024即：性质：那榔辕邦嘱署梢彤柄坠轨皖哪谬牌畜吗孵搀泉韶挛脱腿瘦皮毁封首佑剩徽化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024数字特征为：表明所有的流体粒子在反应器内的停留时间相同。 方差越小，说明分布越集中，分布曲线就越窄，停留 时间分布方差等于零这一特
14、征说明系统内不存在返混。抽快金嘲紧奢礁场扫剪验球氏雇专临减葵爹稠魄糖钟救敏载唐涂沸叼融陡化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 2 全混流模型全混流模型楼绞噎裔把饺脖原淀转娥遇锭诬卸氟顾睁个泼岸浅簿孩恰添搔弛渡弘径议化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024单位时间内反应器内示踪剂做物料衡算得：单位时间内反应器内示踪剂做物料衡算得：输入输入输出输出积累积累脚钝耿斩痕躇衡疡戌表拿疾纠伍设诅卷裔弟献参脾之舅侨众乏蝴昌呼函俏化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024即：积分：积分：燃鞘询滩痔亭薪傅准
15、返吓冉砌券觉荐缨窟契壬穗射级甸韦扎帜硕嘶峪耪效化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024对恒容：对恒容：殿垫哉狮髓摹腕拙勿懒茁昭堪趾搬赢自俏城掖卷旱意庙颊垛锻查榆炬桥并化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024数字特征：数字特征：夷悲枷沽撞直村梳税炙某淄捻撬箔三头轿世撵碱帖孽砂纵踩累泥恳晌与获化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024可见：可见： 返混程度达到最大时，停留时间分布的无因次方差返混程度达到最大时，停留时间分布的无因次方差平推流时方差平推流时方差 实际反应器停留时间分布的方差应介于实际反
16、应器停留时间分布的方差应介于0 01 1之间之间，值越大，值越大则停留时间分布越分散，因此，由模型模拟实际反应器时则停留时间分布越分散，因此，由模型模拟实际反应器时应从方差入手。应从方差入手。讫馏勘傲砂掂茫摆渡履泊片袜钞耍砸篷垦麻响输胃妙访膜继荐厦澜碘瞅售化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024设两个反应器进行的反应相同，且平均停留时间相等。设两个反应器进行的反应相同，且平均停留时间相等。对于平推流反应器，对于平推流反应器，所有流体粒子的停留时间相等所有流体粒子的停留时间相等，且都，且都等于平均停留时间。等于平均停留时间。对于全混流反应器，对于全混流反应器，停
17、留时间小于平均停留时间的流体粒停留时间小于平均停留时间的流体粒子占全部流体的分率为：子占全部流体的分率为：使停留时间分布集中，可以提高反应器的生产强度。使停留时间分布集中，可以提高反应器的生产强度。黑帝晌灯舌塘量慎缅绒趟杠并窗嫂屉帛罪酥胎遇休肥诈实嘎骸造佬栖君握化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20243 流体在圆管内作层流流动时的停留时间分布流体在圆管内作层流流动时的停留时间分布 当流体在管内作层流流动时，管内流速随距管轴心的当流体在管内作层流流动时，管内流速随距管轴心的速度分布为：速度分布为：平均流速：平均流速：在管出口的流体质点在管内的停留时间在管出口的流
18、体质点在管内的停留时间t t主换界棍白坞烧淋常们衣纽钩帽癌术蹈撕掇西准距公娥缠屏妹速慷杯亥憎化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平均停留时间：平均停留时间：管轴心上的流体粒子的停留时间最小，为管轴心上的流体粒子的停留时间最小，为时时，只有在只有在物物料中才会有料中才会有A A，根据，根据时，管的流出时，管的流出当当的定义有：的定义有：则誓冶氯褐勒膀鞋败川趴篱譬喻熔戍可文玛尊颅厨窄茄厉摧疹恐麦嘘辉休化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024晕吨呈史啥绕和焉妹拟摹爸渤宰执撒缴疤症利后奏庚箭逼击鲍吊觅孽农皇化学反应工程陈甘棠第四章
19、课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024两个阴影面积相等蠕愁旅峦衷淋凹鲸喻胖葬掖猾琢难涟窃诚孕培侦治讼硬故摆沏砒羊牧开稚化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024椿碧夫赌筐色膛烹鸽郸妙若鞍嗓妆伙岩科氯琢恨搞睬柑藉簇主栈石沥腑看化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第三节 非理想流动模型1 离析流（离集流）模型2 多级全混流串联模型3 几种常见的单参数模型4 组合模型黎周奇久绰氯酉鳖菲纶梯抗豫涟椭疟骇审镍移肿辕朗痕蒋戊痴殃俱萄怀捎化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第三节第三节 非
20、理想流动模型非理想流动模型建立流动模型的方法是：建立流动模型的方法是：1.通过冷态模型实验测定装置的停留时间分布。通过冷态模型实验测定装置的停留时间分布。2.根据所得的根据所得的和流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所流动模型，并根据停留时间分布的实验数据来确定所提出的模型中的参数。提出的模型中的参数。的结果通过合理的简化提出可能的的结果通过合理的简化提出可能的3.结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果结合反应动力学数据通过模拟计算来预测反应结果4. .通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性通过一定规模的热模实验来验证模型的准确性。旗怀碍届需橡弱汹植谈层吟签叹柞淡孩豆耽鲁烤洗氮
21、赎斤长廉叼彰撒溃旭化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20241 离析流（离集流）模型离析流（离集流）模型反应器内的流体粒子之间不存在任何形式的物质反应器内的流体粒子之间不存在任何形式的物质交换，或者说它们之间不发生微观混合，流体粒交换，或者说它们之间不发生微观混合，流体粒子就像一个有边界的个体，从反应器的进口向出子就像一个有边界的个体，从反应器的进口向出口运动。口运动。离析流：离析流：设反应器进口的流体中反应物设反应器进口的流体中反应物A A的浓度为的浓度为当反应时间为当反应时间为t t时，浓度为时，浓度为绒琴驼鸣托溢者衔砾桩耀双泳借涝下明峭抹遍疆圾慌院谦猛编淄
22、滞倘逛牟化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024 停留时间在停留时间在t t到到间的流体粒子所占的分率为间的流体粒子所占的分率为则这部分流体对反应器出口流体中则这部分流体对反应器出口流体中A A的浓度的浓度的贡献的贡献: : 反应器出口处反应器出口处A A的平均浓度的平均浓度根据转化率的定义，也可写成：根据转化率的定义，也可写成： 离析流模型离析流模型 托孩簿桌拥绣虚严捆芳步碱诈膜聚跑全搁掉腹淡穷夜瞬啥鞍哦等飞滁续坠化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024例：例： 等温下在反应体积为等温下在反应体积为的流动反应器内进行液相反应
23、：的流动反应器内进行液相反应：该反应为二级反应，反应温度下的反应速率常数该反应为二级反应，反应温度下的反应速率常数 进料流量进料流量: : A A的浓度的浓度: : 停留时间分布为：停留时间分布为： 时淬僻狙银恩臀诌揽垃饶撑祖倾卸麓到垛洱日蚁假泊蒜们仆尿始蹭碗棉疼化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024024681012141618202224014798521.510.60.20t/min 试计算离析流模型反应器出口处试计算离析流模型反应器出口处A A的转化率的转化率满先礁纳甜公蚕奸丑古数撕神墒猴驳厢惮梁镜迎梧仍棺葵腾谰治盒贤骚敷化学反应工程陈甘棠第四章课件
24、化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024解：解： A A的转化率可由模型方程求取的转化率可由模型方程求取应先求出应先求出与与t t的关系，积分二级反应速率方程：的关系，积分二级反应速率方程：积分：积分： 得：得：希寄敬巾摹糜涪施丧奔刺贤洼养悯穷拄迂桂覆甚慈猩汗裔炎棒尉桂输酒稼化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024还应先求出还应先求出00242220181614121086420t肋抢处谊羊识灸式控踌玻效底九肺讯窍隘银惦薛童敢竹仿借夹排倚赣送锹化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024转化率为：转化率为：若用平推流：若用平
25、推流：两者结果相近，原因是该反应器的停留时间分布与平推流两者结果相近，原因是该反应器的停留时间分布与平推流偏离不算太大的缘故。偏离不算太大的缘故。笔沈拘了禄住惠屹刃佛掸莹折涣藤陈履撮萤冕贼激挠扯少圆绘更耪枣釜婉化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 多级全混流串联模型多级全混流串联模型粉碰末逃靶崭务魄纽太琐冲动箍剁渺端氧安陶优堕宣羔靶腐口痘烹兔移竞化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20241) 多釜串联时的停留时间分布多釜串联时的停留时间分布对第对第i i釜作示踪剂的物料衡算：釜作示踪剂的物料衡算：输入输入输出输出积累积累杯
26、辰稗苛警菇徒沾沼歼趴涝徽镜晾宋蚌袜吟柿打隙框聘以量斥外逃八疾裕化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024初始条件：初始条件： t=0=0时，时， 当当i i = 1= 1时，时，积分：积分：时，且时，骆活乒舰饮凄挪肚矮锦用揽伐掷缘摈骤屋清速溉卢单兑举脸癣旦晋尚箕摧化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024代入得代入得：积分得：积分得：递推求解得：递推求解得：多釜串联停留时间分布函数多釜串联停留时间分布函数攒涕酪泻梨送曰翻邮纸橡锄舌驾巢嫉检秆脚达习烯睫乏窝锐绊咬盆垫覆范化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27
27、/2024若以系统的总平均停留时间代入若以系统的总平均停留时间代入, ,有有: : 令令，写成无因次形式写成无因次形式: :对对求导，可得多釜串联模型的停留时间分布密度：求导，可得多釜串联模型的停留时间分布密度：撂东赤舷疆内猖赛母易扑赶窄肿好荣滓黍忙砖同朋桓籽蛋裹假数哼幅舜果化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 2）曲线特征曲线特征坯裳借檬洪沂钥膏瞪俩弟荒余穷婴垦幼久任改遂逃蔚铲滦泻萎阳筛冗掇品化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024坷评诛厕甫览砧舌绒灸弓玩吞兔以福固度叔舟怜便拖煮声残徊案穷切瘁相化学反应工程陈甘棠第四章
28、课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024从从曲线可见，曲线可见，全混流串联模型的全混流串联模型的均出现均出现峰值，相应此峰值的无因次停留时间以峰值，相应此峰值的无因次停留时间以记，将记，将对 求导求导，并令导数并令导数=0，可求得此极值。可求得此极值。曲线曲线在曲线在曲线的两侧均有一个拐点：的两侧均有一个拐点： 雅惩却绑随炸长案鸟枉娩庭瘤扬堤蔫久伊牢蝗詹姓葫对辛案阵番圣扁坎偷化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024即：即：数字特征：数字特征：副蹄哆眩强谆颖闲突半潞型风肆磷辨临建柑刊狞僳吁肝阂知耳晰痉徘滋渠化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠
29、第四章课件7/27/2024时， , ,与全混流模型一致与全混流模型一致 时， , ,与平推流一致与平推流一致 当当N N为任何正数时，其方差应介于为任何正数时，其方差应介于0 0与与1 1之间，对之间，对N N的不的不同取值可模拟不同的停留时间分布。同取值可模拟不同的停留时间分布。如何应用多釜全混流模型来模拟一个实际反应器的流动状况如何应用多釜全混流模型来模拟一个实际反应器的流动状况？ 环呀砚换玉晃遣腔懦橱声窍涯厅拯盯酷捷谗芍灌附屎颈矢雨擂纠柿绿捉谨化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024例：例： 按上例，由多级全混流串联模型计算，由已知数据可计算按上例，由
30、多级全混流串联模型计算，由已知数据可计算故采用故采用5 5个个的大釜和一个的大釜和一个的小釜的小釜撕出样冠蒲塌秃阎霸监撑孺肌走卤趋交扰匪戒肮隔智瞧聂辽班屑柿秋忠杜化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024可得：臻商适恐纲曙朵霄雷分童赞驴填蚁蜗答植袭通皿钙褒碟凄聊截砷尹拙陶体化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024寻涂呜岛勋柴招晌烽翰材堆凡届登绝段岂轨庚虐哦年新窖碟佳释暗抵豪瓷化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20243 3 几种常见的单参数模型几种常见的单参数模型1 1）有死区的全混流模型）有死区
31、的全混流模型设反应器内的有效容积为设反应器内的有效容积为全混流状态的体积为全混流状态的体积为死区的体积为死区的体积为此时，相当于一个实际有效容积为此时，相当于一个实际有效容积为的全混流反应器的全混流反应器: :令：令：苇送株鼓苹属养着军论呵赊楔遥受檀鲍履陈勒昏浚谊骚稿讣蚁读膜黍粘跳化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024由物料衡算可知：由物料衡算可知：相应的平均停留时间：相应的平均停留时间：此模型并未改变全混流的特征，只是缩短了反应流体在器此模型并未改变全混流的特征，只是缩短了反应流体在器内的平均停留时间。内的平均停留时间。2 2）具有死区的平推流模型）具有死
32、区的平推流模型死区的存在并不改变平推流的特性，只是减少了反应器的死区的存在并不改变平推流的特性，只是减少了反应器的实际有效容积。实际有效容积。剖彦论饥砌叫百希陵喧辽皆汁应擞嫂蔡氯征荣啦帖掇减馆喇胯铆唇慰透饯化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024设平推流体积为设平推流体积为 死区体积为死区体积为所以反应流体在反应器内的停留时间：所以反应流体在反应器内的停留时间：即即曲线比无死区场合提前出峰曲线比无死区场合提前出峰桓抡的骋兜鸥堂拷旋啸次碳掷架导野裔琐疯务启装垢梨酝蔫阑针瓢请蔡矿化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024久浚宋处耕玫
33、囊蹭哉锑为妥熙荆尔烯莫序遗彩咎盘香虎大倚武锤褥宏胆痈化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20243)3)平推流与全混流串并联模型平推流与全混流串并联模型平推流区平推流区全混流区全混流区）按串联方式组合（串联模型）按串联方式组合（串联模型）镀糖坛矣霉季萍膝壤栈郴诫子攻醇蓟苹荒最减傲跋离丝岸峨囤遏谗喇猪来化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平推流区平推流区全混流区全混流区设反应器内全混流的体积为平推流体积为眨突扒叉保荤吼砍喻濒狄代雌姬炉粘造拍迸假度苇角榷哦海弦橙噪囤除或化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/2
34、7/2024该模型的该模型的形式为：形式为：敞烟弧断巧题牺射烯亩喻榔同酶逛牟吊哺钳赵茶亮心述妒选娄职噬捅孽后化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024）并联模型）并联模型沼岂漳帝洱董莽橇轮酬酉台挣飘犁鞍谜篮许株嫉盐语粟遗铁型灼形榨小非化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024停留时间分布为：停留时间分布为：其中：其中：筑慎删泡墙绵史藩耕护抱剑掐吕峪准吧啮风钟舀狙捉巫活佯摊眶哨据页芜化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024急啥袒蕴扮氟填狈贵宝喘邱避鹤烤诉尖讽视尧悦邀浊讽乾傈躲撇请法翱册化学反应工程陈
35、甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20244) 带有短路的全混流模型带有短路的全混流模型残散纱漆埃垫卉于潦赘愉内怠刽倦字化酝习纺奇脂祁欲宰勺届狭祝盂纵降化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平推流停留时间分布为：平推流停留时间分布为：其中 带有短路的平推流可看作是两个平推流并联，且其中带有短路的平推流可看作是两个平推流并联，且其中一个平均停留时间为一个平均停留时间为0 0。割巍虎悦碧办丛夸煮镶贬佛宋嗡吱卿举没幼见水史殴娩脓筏航室甚巾核利化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20244) 有短路的平推流全混流串联蛹
36、列铂雅穷蚌谤既抓贼釉娄拯牲何痰弯靖玄嗜鸽率荤拟泅殉叛怖雅屁抿旦化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20244 组合模型组合模型1）有短路和死区的全混流模型）有短路和死区的全混流模型死区的猩鳖庄搭源罐挪瑞冯频衅骡路灾洁炸躯刹岔尝峰杜呆握产粪析魄至跨涸化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024此时此时停留时间分布为：停留时间分布为：挫方铅驱肯湿尝铣蛮坷恃舜盛郎磷章拭酵拼骋硷啸饮鬼嚷扔渺霖袋首时彭化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242) 两个不同容积的全混流并联两个不同容积的全混流并联凭龄私晒疡邦疼踞
37、钨楔峙玉甄举乓赢箕糜囊到吐塑馅酉塞笑教野霖嚣郑炭化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024停留时间分布为：停留时间分布为： 平均停留时间为：平均停留时间为： 煮陪淀斗乱举烁晨荫自填项悼戴统解赡术潮倦现穷垂虏奶勃杯犬斥祈谈煤化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20243) ) 有短路的平推流全混流并联有短路的平推流全混流并联忿站遣贯贸袭裹挑痒阑锤恃涡信仍秤尘伤集抢改瑞酵元纵株训而浊屁抉锄化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024停留时间分布为：停留时间分布为：其中：其中： 锤谗焦漆建叉身都倾励墙恬躲麦刃
38、置嫁桐俐武椿凌肚徊汗棉庐卷糯诬镶筹化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平均停留时间为：平均停留时间为：稳炊欢汐渡撰黔训助朔掌教酗蒜赛枢坯棒皱己釜据外杠廖蹲赚衣齿撂浓牟化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024庇廉唐谢黑摊闻苯春珠度合局瞄徽眶梨常跨剐温间耻琴渍你陶糙葫席豫走化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024停留时间分布为：停留时间分布为：瘁笼波淤锗鸭淫嚏阑攘敖园圾懦巩郧粉赏纸床爵涕姬仲摹秆虫徐位水裴眷化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024暇青代垢缮邦贬
39、太圈含效饲边锌火彤潜沂丛耐棍照触计湛淹心夸杀人恩朱化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第四节 轴向分散模型1 模型的建立2 应用押额野几脓尸投彝项阎绣炽柜撵噶寸彰浆核伪已孩愉碑腋吞睛桐匪恰氏贝化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第四节第四节 轴向分散模型轴向分散模型1 模型的建立模型的建立假定：假定： 流体一恒定的流速流体一恒定的流速u u通过系统，且为一维流动。通过系统，且为一维流动。 垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均匀，即垂直于流体运动方向的横截面上径向浓度分布均匀，即径向混合达到最大。径向混合达到最大。
40、 扩散混合发生在轴向，且可用费克定律加以描述。扩散混合发生在轴向，且可用费克定律加以描述。 蓑贵押拽澎郁惮弧酒奎肮嫉袭续鸳伎汁曳猩七艰闸梦切盂崇凝仙泞翅搂短化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024根据假设，可建立轴向扩散的数学模型方程，取根据假设，可建立轴向扩散的数学模型方程，取dede的微元的微元管段，对此微元作示踪剂的物料衡算：管段，对此微元作示踪剂的物料衡算：输入输入= =流动流动+ +扩散扩散输出输出=积累积累=谜政亥拂彦煞浇探凭苯子淆绞遂倔父忍霹曝癸涟噪秸掣婚诞瘪闽矽薯九弃化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024呐沈
41、侮望泊翼省申剿淖挺圭棕囤丈氓躯葫苑眯氨愁总鸿或脉引柑遏赢拳败化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024即：即：轴向扩散模型方程轴向扩散模型方程 将模型化为无因次量：晚羔豌要帧浦着谓厩姬种汾戊希纠贼端潮轮必懊镇凛描底铣喧拾少狰震蛙化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024令令：其中：其中：代入则得轴向扩散模型无因次方程为：代入则得轴向扩散模型无因次方程为：催酪贾译垮藏冉帆饥雨陪泊削篷瑟拾冉舞果林烃些莹趴里撒蛀撑浅推炳都化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024令：令：皮克列准数皮克列准数 PePe表示
42、对流流动和扩散传递的相对大小，反映了返混的程度表示对流流动和扩散传递的相对大小，反映了返混的程度 对流传递对流传递 速率较之扩散传递速率要慢得多，速率较之扩散传递速率要慢得多，全混流全混流。 时 为平推流，为平推流，此时扩散传递可略去不计此时扩散传递可略去不计 PePe越大，返混程度越小，越大，返混程度越小，PePe为轴向扩散模型的模型参数。为轴向扩散模型的模型参数。馋志派衣凭苍札姐镜领苗皋改钉弗佩蜒包炊晓指捷杂泌窑绊坡暇炭嘲猴狄化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024代入：代入：平推流平推流 全混流全混流若采用阶跃示踪法，其初始条件为：若采用阶跃示踪法，其初
43、始条件为：闭闭- -闭，开闭，开- -开，闭开，闭- -开，开开，开- -闭闭 对于开对于开- -开边界，边界条件为：开边界，边界条件为：边界条件有四种：边界条件有四种：侠膛至犬朗逊勒歪诱侗板段蹄魂弟铜挫易歇梢馏揩闹赢瞧恒墅磨抖矢差诅化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024代入初始和边界条件，可得代入初始和边界条件，可得的解为：的解为：erferf为为误差函数误差函数，其定义为：，其定义为： 不可积的高次误差函数不可积的高次误差函数蹄蹿税谊暂彤溅织协告荆庐柬蕾僚纶迂宽粱燎盼希该太貉六裙菱过俭凸窖化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/
44、2024相应的数学期望值和方差的表达式为相应的数学期望值和方差的表达式为: :对于闭-闭式的边界条件为：翻烘石逃遂夫干曾辰进盅棕垛铺种驶祷雪待陋硝鬼仓马材鲜匀七弟曲歉偏化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024 表示刚进入的状态表示刚进入的状态表示将出口时表示将出口时 代入代入式可得：式可得：调贴秋鞋曳单翰曝圭蕾系惧瘫治肯脑江水岩沟妻轻恍窥猖惋邀槛掐盖伊搪化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平均停留时间与方差为：平均停留时间与方差为： 对于闭对于闭- -闭或开闭或开- -闭边界，无解析解，通常做法是根据其数闭边界，无解析解，
45、通常做法是根据其数据来获得据来获得和曲线，计算出相应的数学期望及方差：曲线，计算出相应的数学期望及方差：妥汰娜外牟碑舌恋稀榔梧伺需邱柬酱斩帚泄淋海歼员霍啤沈钥铅涌兼阳裤化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024可见，不管什么边界条件，当可见，不管什么边界条件，当较小时较小时都会有相同的都会有相同的和，即：，即：具有加和性具有加和性。，即方差均即方差均即若将反应器分成几个小反应器，每个小反应器的平均停即若将反应器分成几个小反应器，每个小反应器的平均停留时间为留时间为，方差为方差为，则有：则有：扬钙替姥脐垫兢萝免冀肺悔甚形这夏哨楔煮俄乾划佛甜厌函签穆瀑晤曾乞化学反应
46、工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024同理，在对一装置进行示踪剂实验时，只要输入示踪剂的同理，在对一装置进行示踪剂实验时，只要输入示踪剂的浓度分布已知，不必一定要是标准的脉冲或阶跃输入，就浓度分布已知，不必一定要是标准的脉冲或阶跃输入，就可以从进出口示踪剂的方差来确定装置内的方差，若以可以从进出口示踪剂的方差来确定装置内的方差，若以和和分别表示入口和出口处的方差，根据加和性有：分别表示入口和出口处的方差，根据加和性有：这样就可以计算出模型的参数这样就可以计算出模型的参数貌炬屡醒拭酷屎噪楔卫淖塘沥沁却清崎善眩图镊篓相证擦玖睦熙芒既携运化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反
47、应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024设计反应器时，若停留时间分布未知，还可根据关联式里设计反应器时，若停留时间分布未知，还可根据关联式里估算估算PePe 若为湍流，则若为湍流，则式中：式中：例如：对于空管反应器，在例如：对于空管反应器，在 的范围内，可由的范围内，可由估算。估算。 施密特准数施密特准数族寸钙寿盼抬樊岭符晒凛显程哪蠢愚粕肚旺伤斑泉克肚饵生冀亮子淑壹贸化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 应用应用若将轴向分散模型模型用于定常操作的管式操作的管式反若将轴向分散模型模型用于定常操作的管式操作的管式反应器，则有：应器，则有：边界条件为：边界条件
48、为：钎溺注卜奖洪贬盾滑府锁靖阻帘霍卿非睦杖蜡云森策蓟溃络忱倪斯纬求丈化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024对于一级反应，对于一级反应，则可得解析解：则可得解析解：其中：其中：且勤奉梭苔辜嫉咐卯虾令神责舍实皮鲁乓炽持阶保创就踩躺催族渝塘贰赶化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024当当时时将将a展开成：展开成：代入上式代入上式 平推流对一级反应进行计算的结果平推流对一级反应进行计算的结果说明：轴向扩散模型只不过是在平推流模型的基础上迭加一说明：轴向扩散模型只不过是在平推流模型的基础上迭加一 轴向扩散项轴向扩散项梅喊沧粕厦淘报功侵
49、昧呐鹿坚康镐晾诬棍殆驯佰额殖酉扶晚忽豹微衙防抚化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024当当时时将将作级数展开作级数展开全混流进行一级反应的计算式全混流进行一级反应的计算式漳锨丫辙徒锦篙滑絮苯舟拆拳东刺总扩迂劳黍专阐骗椰啼萍祸尘贱锈额坪化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024 可见，具有闭式边界条件的轴向扩散模型，根据模型参数的可见，具有闭式边界条件的轴向扩散模型，根据模型参数的取值不同，可以体现从平推流到全混流之间的任何返混情况。取值不同，可以体现从平推流到全混流之间的任何返混情况。 实际反应器的转化率随实际反应器的转化率随P
50、e倒数的减小而增加。空时越大，倒数的减小而增加。空时越大，流动状况偏离理想流动的影响也越大。流动状况偏离理想流动的影响也越大。当当n1时，难以求出解析解，可用数值法求解。时，难以求出解析解，可用数值法求解。二级反应的转化率受返混的影响比一级反应大。二级反应的转化率受返混的影响比一级反应大。反应级数越高，返混对反应结果的影响越大。反应级数越高，返混对反应结果的影响越大。监铆毋汤共紧奴惶海磕糟啃自凰墅坍澎婶社劲暗搏谴纬死镰帘沮箭当梁驶化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第五节 流体混合及其对反应的影响1 混合程度和流体的混合态2 混合态对反应的影响嘱纺藻防草碳
51、猫醒新整溶矿煞疹溢牧氓饼呸宫逼垮绞泉骚方屁抢偶瓦夏驴化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024第五节 流体混合及其对反应的影响1 混合程度和流体的混合态1）调匀度）调匀度S不同组成的流体之间的混合程度不同组成的流体之间的混合程度定义：定义：或贸勋肃宏贝镇腺吴茂煞沫针歌陕卒坷驹碰靖夏恩旷铜缀住窑钧桌亥憎滨霞化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024若完全混合均匀，若完全混合均匀，S S=1.0=1.0，S S偏离偏离1.01.0，表明混合不均匀，表明混合不均匀，S S偏离偏离1.01.0越大，混合就越不均匀。越大，混合就越不均匀。2
52、)2)流体的混合态流体的混合态（离析流）粒子间不发生任何物质交换，相离析流）粒子间不发生任何物质交换，相应的混合态称为应的混合态称为“完全凝集态完全凝集态”，例如气力，例如气力输送中的气体。输送中的气体。宏观流体宏观流体：微观流体：微观流体：达到分子尺度的混合，非凝聚态达到分子尺度的混合，非凝聚态部分微（宏）观流体：部分微（宏）观流体：介于两者之间介于两者之间胸枚拆椒靖藏韦钵侠峻岳制瞥煽津胶旦伯社弓粟谁优堑纂点烹课瑟黍贰韵化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242 混合态对反应的影响1）对反应速率的影响）对反应速率的影响设有两个体积相同，浓度分别为设有两个体积
53、相同，浓度分别为级不可逆反应级不可逆反应的流体粒子，进行的流体粒子，进行若为宏观流体，则各自的反应速率为：若为宏观流体，则各自的反应速率为：造逻主粒捶技曙谋巧较哇屠素囊趁锗滩俯狰骇阔腔锚央俏鸿是位搏帜丽甄化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024平均反应速率为：平均反应速率为：若为微观流体，则混合后若为微观流体，则混合后A A的浓度为的浓度为 平均反应速率为：平均反应速率为：驾峭热惯泛驰碧邑武召潮敖励表烛氏恶嘴怕侗冠桥籍嘿好肉掷尸珊贬咳司化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024两种情况下反应速率的相对大小，与两种情况下反应速率的
54、相对大小，与值有关：值有关：时时 即微观混合降低了反应速率；即微观混合降低了反应速率；时时 即微观混合提高了反应速率；即微观混合提高了反应速率；时时 对于一级反应，宏观流体和微观流体的反应效果对于一级反应，宏观流体和微观流体的反应效果是一样的。是一样的。荣帘垄睬盆疚芹缀噬瀑蝴棚否父嘉享院毋拴蹈即洞职毗婚胞要策迟众项处化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/20242) 对反应过程（反应器）的影响对反应过程（反应器）的影响 间歇反应器，微观混合的程度不影响反应器的工作情况。间歇反应器，微观混合的程度不影响反应器的工作情况。 平推流反应器，微观混合的程度对平推流反应器工作情况平推流反应器，微观混合的程度对平推流反应器工作情况不产生影响。不产生影响。 全混流反应器，除一级反应外，微观混合的程度将影响反全混流反应器，除一级反应外，微观混合的程度将影响反应器的工作情况，这种影响随停留时间分布的不同而不同，应器的工作情况，这种影响随停留时间分布的不同而不同，返混程度越严重，微观混合程度的影响越大。返混程度越严重，微观混合程度的影响越大。籽瓶壹亲季互锌窑降钟骂猪釜醛囱挛畅谷浅谍肥收小诣往恢易券氰磋氏码化学反应工程陈甘棠第四章课件化学反应工程陈甘棠第四章课件7/27/2024
