沈阳大学石油化工学院：《反应过程与设备》课程教学资源（PPT课件）第四章 非理想流动

第四章非理爼流动 而38 区信留时间分布 42理想反的停留时间分布 3理想流动模 器中流体的混合

Slide 1 A Free sample background from www.powerpointbackgrounds.com 第四章 非理想流动 4.1 停留时间分布 4.2 理想反应器的停留时间分布 4.3 非理想流动模型 4.4 流动反应器中流体的混合

在第3章中讨论了两种不同类型的流动反 应器一一全混流反应器和平推流反应器。在相 同的情况下,两者的操作效果有很大的差别, 究其原因是由于反应物料在反应器内的流动状 况不同,即停留时间分布不同。前面处理连续 釜式反应器的设计时使用全混流假定,处理管 式反应器问题时则使用了活塞流的假定;如果 不符合这两种假定,就需要建立另外的流动模 型 1925

19:25 2 在第3 章中讨论了两种不同类型的流动反 应器——全混流反应器和平推流反应器。在相 同的情况下，两者的操作效果有很大的差别， 究其原因是由于反应物料在反应器内的流动状 况不同，即停留时间分布不同。前面处理连续 釜式反应器的设计时使用全混流假定，处理管 式反应器问题时则使用了活塞流的假定；如果 不符合这两种假定，就需要建立另外的流动模 型

本章要解决的问题: 1.阐明流动系统的停留时间分布的定量描述 及其实验测定方法; 2.建立非理想流动模型; 3.在所建立模型的基础上,说明该类反应器 的性能和设计计算; 4.介绍有关流动反应器内流体混合问题,阐 明几个基本概念。 1925

19:25 3 本章要解决的问题： 1. 阐明流动系统的停留时间分布的定量描述 及其实验测定方法； 2. 建立非理想流动模型； 3. 在所建立模型的基础上，说明该类反应器 的性能和设计计算； 4. 介绍有关流动反应器内流体混合问题，阐 明几个基本概念

41停留时间分布 反应物料在反应器内停留时间越长,反应的 进行得越完全。对于间歇反应器,在任何时刻下 反应器内所有物料在其中的停留时间都是一样, 不存在停留时间分布问题。对于流动系统,由于 流体是连续的,而流体分子的运动又是无序的, 所有分子都遵循同一途径向前移动是不可能的, 完全是一个随机过程。但是并不排除会存在大体 相等的情况,第三章对管式反应器所作的活塞流 假定就是基于这一情况。 本节要讨论的问题:阐明流动系统的停留时 间分布的定量描述及其实验测定方法 1925

19:25 4 4.1 停留时间分布 反应物料在反应器内停留时间越长，反应的 进行得越完全。对于间歇反应器，在任何时刻下 反应器内所有物料在其中的停留时间都是一样， 不存在停留时间分布问题。对于流动系统，由于 流体是连续的，而流体分子的运动又是无序的， 所有分子都遵循同一途径向前移动是不可能的， 完全是一个随机过程。但是并不排除会存在大体 相等的情况，第三章对管式反应器所作的活塞流 假定就是基于这一情况。 本节要讨论的问题：阐明流动系统的停留时 间分布的定量描述及其实验测定方法

停留时间分布函数 由于物料在反应器内的停留时间分布 完全是随机的,因此可以根据概率分布的 概念对物料在反应器内的停留时间分布作 定性的描述 1925

19:25 5 一、停留时间分布函数 由于物料在反应器内的停留时间分布 完全是随机的，因此可以根据概率分布的 概念对物料在反应器内的停留时间分布作 定性的描述

1停留时间分布密度函数 定义:在稳定连续流动系统中,同时进入反 应器的N个流体粒子中,其停留时间为t~tdt的那 部分粒子占总粒子数N的分率记作: E(tdi E()被称为停留时间分布密度函数 依此定义函数具有归一化的性质: E(t)lt=1.0 (41-1) 0 1925

19:25 6 1.停留时间分布密度函数 定义：在稳定连续流动系统中，同时进入反 应器的N个流体粒子中，其停留时间为t～t+dt的那 部分粒子占总粒子数N的分率记作： 被称为停留时间分布密度函数。 依此定义函数具有归一化的性质： (4.1-1) ( ) dN E t dt N = 0 E t dt ( ) 1.0  =  E t( )

2停留时间分布函数 定义:在稳定连续流动系统中,同时进入反 应器的N个流体粒子中,其停留时间小于t的那部 分粒子占总粒子数N的分率记作: F(O=-△ N F(t)被称为停留时间分布函数。 1925

19:25 7 2.停留时间分布函数 定义：在稳定连续流动系统中，同时进入反 应器的N个流体粒子中，其停留时间小于t的那部 分粒子占总粒子数N的分率记作： F t( ) 被称为停留时间分布函数。 0 ( ) t dN F t N = 

3.E(O),F(1)之间的关系 F()=C△=E0M (4.1-2) E(t) dF(t) (41-3) t=0→F(0)=0 1→>∞→F(∞)=E(O)dt=1.0 1925

19:25 8 3. 之间的关系 (4.1-2) (4.1-3) E t F t ( ), ( ) 0 0 ( ) ( ) t t dN F t E t dt N = =   ( ) ( ) dF t E t dt = t F =  = 0 (0) 0; 0 t F E t dt ( ) ( ) 1.0  →    = = 

e(t) f(t) 面积=E(=10 1.0 面积 E(t1) dF(t f(t1 f(tu) 斜率= 图41-1停留时间分布曲线 1925

19:25 9 图4.1 -1 停留时间分布曲线 E(t) F(t) 面积= 0 E t dt ( ) 1.0  =  1.0 E(t1) F(t1) F(t1) 斜率= dF t( ) dt t1 t t1 t 面积t=

除了上面两个描述停留时间分布的函数外, 还有用年龄分布密度函数I(t)和年龄分布函数y(t) 来描述流体在反应器内的停留时间分布。寿命与 年龄是两个不同的概念,区别是前者是系统出口 处的流体粒子的停留时间;后者是系统中的流体 粒子的停留时间。 /() dy(t) dt y()=/()dh (41-5) /()dt=1.0 (4.1-6) 0 1925

19:25 10 除了上面两个描述停留时间分布的函数外， 还有用年龄分布密度函数I(t)和年龄分布函数y(t) 来描述流体在反应器内的停留时间分布。寿命与 年龄是两个不同的概念，区别是前者是系统出口 处的流体粒子的停留时间；后者是系统中的流体 粒子的停留时间。 (4.1-4) (4.1-5) (4.1-6) ( ) ( ) dy t I t dt = 0 ( ) ( ) t y t I t dt =  0 I t dt ( ) 1.0  = 