《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件）第四章 反应器中的混合及对反应的影响

第四章反应器中的混合及对反应的影响第一节停留时间分布的测定及其性质第二节非理想流动模型第三节非理想流动反应器计算（完全混合）

第四章 反应器中的混合 及对反应的影响 第一节 停留时间分布的测定及其性质 第二节 非理想流动模型 第三节 非理想流动反应器计算（完全混合）

第一节停留时间分布的测定及其性质在实际工业反应器中由于物料在反应器内的流速不均匀，或者由反应器内部构件的影响造成和主体流动方向相反的环流（例如搅拌引起物料的环流）或者在反应器内存在着沟流和死区。这些工程因素都会导致物料的流动状况偏离理想的平推流在实际反应器中同时进入反应器的物料由于以上所讲的“工程因素”不可能同时离开反应器。同时刻离开反应器的物料中，在反应器内经历的停留时间有长有短，称为停留时间分布

第一节 停留时间分布的测定及其性质 在实际工业反应器中由于物料在反应器内的流速 不均匀，或者由反应器内部构件的影响造成和主体 流动方向相反的环流（例如搅拌引起物料的环流）， 或者在反应器内存在着沟流和死区。这些工程因素， 都会导致物料的流动状况偏离理想的平推流。 在实际反应器中同时进入反应器的物料由于以 上所讲的“工程因素”不可能同时离开反应器。同 一时刻离开反应器的物料中，在反应器内经历的停 留时间有长有短，称为停留时间分布

反应器物料的出口转化率和停留时间分布有关，对于平推流反应器和全混流反应器，可以直接根据平推流和全混流模型的性质直接计算反应器出口物料的转化率xAf这在第三章中已经介绍。对于非理想流动，需要测定停留时间分布选择非理想流动模型，计算模型参数，然后进行反应器计算。本节讨论停留时间分布及其性质

反应器物料的出口转化率和停留时间分布 有关，对于平推流反应器和全混流反应器，可 以直接根据平推流和全混流模型的性质直接计 算反应器出口物料的转化率xAf，这在第三章 中已经介绍。 对于非理想流动，需要测定停留时间分布, 选择非理想流动模型，计算模型参数，然后进 行反应器计算。 本节讨论停留时间分布及其性质

一.停留时间分布F（t）设流动反应器，稳定过程，同时进入N个质点，1同时离开N个质点。停留时间是指物料质点从进入反应器开始到离开反应器为止，在反应器内的停留时间实际上是物料质点的寿命，考察在同一时刻离开反应器的N个质点的停留时间情况，列表如下

一. 停留时间分布 F(t) 设流动反应器，稳定过程，同时进入N个质 点，同时离开N个质点。 停留时间是指物料质点从进入反应器开始 到离开反应器为止，在反应器内的停留时间， 实际上是物料质点的寿命。 考察在同一时刻离开反应器的N个质点的停 留时间情况，列表如下

停留时停留时间≤t,质停留时间≤t,质点停留时间为t:1—t;间t;质点数点数分率0N,/NN.NN2Ni+N2(Ni+N2)/N2MN;≥N,/NXN/N =1

停留时 间ti 停留时间为ti-1—ti 质点数 停留时间≤ti质 点数 停留时间≤ti质点 分率 0 0 0 0 t 1 N1 N1 N1 /N t 2 N2 N1+N2 (N1+N2 )/N ti Ni . . . . . . t∞ N∞ N N/N ＝1 0 / n i i N N = 0  n i i N = 

1.定义：同一时刻离开反应器的物料中停留时间<t的质点分率为停留时间分布函数，记作F(t)n2.性质ZF(t)=N,/Ni=01.0F(0)= 0t=?1O=8F(8)=1Otit2t3

F t( ) 0 ( ) / n i i F t N N = =  t = 0 F(0) 0 = t =  F( ) 1  = 1.定义：同一时刻离开反应器的物料中停留时间 ≤t的质点分率为停留时间分布函数，记作 ２.性质 t 0 t1 t2 t3 0 C ( ) C s t 0 t1 t2 t3 0 C ( ) C s 1.0

二、停留时间分布密度1.定义：同时进入反应器的N个流体质点中，停留时间介于t与t+dt间的质点所占分数dN/N为E(t)dt。dF(t)F(t)= JE(t)dtE(t)=JOdt,E(dr2dFIs(I)dL

E t( ) ( ) ( ) dF t E t dt = 二、停留时间分布密度 1.定义：同时进入反应器的N个流体质点中，停留 时间介于t与t+dt间的质点所占分数dN/N为E(t)dt。  = t F t E t dt 0 ( ) ( )

2. E(t)E(t)dt = dF(t)E(t)dt为停留时间介于t～t十dt之间的质点分率nMN.Z(N, +dN)dN1=0E(t)dt = dF(t) = i=0NNN2)归一性n10ZZE(t)dt =dF(t)=1E(t)dt = 1,JOi=0i=0

1 ( ) ( ) ）E t dt dF t = E t dt ( ) 为停留时间介于t～t＋dt之间的质点分率。 N dN N N N N dN E t dt dF t n i i n i i − = + = =   =0 =0 ( ) ( ) ( ) ( ) 1, ( ) ( ) 1 0 0 0 =  =  =  = =  n i n i E t dt E t dt dF t 2）归一性 2. E(t)

三.停留时间分布的实验测定在同一时刻离开反应器的物料中物料质点的性质相同，所以不能够测到物料点的停留时间分布要采用应答技术才能测定物料质点的停留时间分布1.应答技术在反应器进口处加入示踪物，在出口处检测示踪物，获得示踪物的停留时间分布实验数据

三. 停留时间分布的实验测定 在同一时刻离开反应器的物料中物料质点的性 质相同，所以不能够测到物料点的停留时间分布， 要采用应答技术才能测定物料质点的停留时间分布。 1.应答技术 在反应器进口处加入示踪物，在出口处检测示 踪物，获得示踪物的停留时间分布实验数据

2.对示踪物的要求1）示踪物对流动状况没有影响2）示踪物守恒（不参加反应，不挥发不被吸附等），进入多少，出来多少；3，易于检测，包括可以转变为其它信号的特点如果示踪物满足了上述要求，则示踪物跟踪了物流流况，那么在反应器出口处检测到的示踪物的停留时间分布数据，就是出口物料的停留时间分布数据示踪物的输入方法有阶跃输入法、脉冲输入法及周期输入法等

2.对示踪物的要求 １）示踪物对流动状况没有影响； ２）示踪物守恒（不参加反应，不挥发， 不被吸附等），进入多少，出来多少； ３）易于检测，包括可以转变为其它信号的特点 如果示踪物满足了上述要求，则示踪物跟踪了物 流流况，那么在反应器出口处检测到的示踪物的停留 时间分布数据，就是出口物料的停留时间分布数据。 示踪物的输入方法有阶跃输入法、脉冲输入法及 周期输入法等