第四章反应器中的混合对反应的影响.ppt

填料塔 层流模型可对平推流模型进行修正，但比较粗糙。主要模型假设为： 1) 反应混合物在管内作层流流动。 2) 反应混合物在轴径向均不存在返混。 u 轴向混合模型 在平推流模型的基础上再迭加一个轴向混合 轴向扩散模型的基本假设： 流体沿轴向有参数变化，径向参数均一； 流体流动主流为平推流但叠加一逆向涡流扩散； 逆向涡流扩散遵循菲克定理，但整个反应器内扩散系数为一常数。 轴向扩散模型 仿照 分子扩散中用扩散系数 分子运动 表征 有效扩散系数 表征 一维返混 用 平推流反应器 + 涡流扩散运动 非理想流动的管式反应器 主要用于湍流流动的管式反应器、固定床反应器、塔式反应器。 轴向混合模型 对实际反应器，处理时在平推流的基础上迭加一个轴向混合来进行校正。 适合于不存在死角、短路和循环流、返混程度较小的非理想流动模型。 模型参数是轴向混合弥散系数EZ，停留时间分布可表示为EZ的函数。 Peclet准数： 当返混程度相当小时； 数学期望θ=1 方差 对一级不可逆反应，转化率可表示为： 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.05 0.1 0.5 1 10 θ 0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.001 0.012 0.025 0. 25 θ 基本假设： 由m个体积相等的CSTR串联组成； 从一个CSTR到下一个CSTR之间的管道内物料不发生反应。 …… 多级全混流串联模型 多釜串联模型: 用几个等体积的全混流反应器串联来模拟实际反 应器中的流动状况。 0 0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 m=1 m=2 m=5 m=10 m→∞ 0 0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 m=1 m=2 m=5 m=10 m→∞ 图4-11 不同m值时的E(θ), F(θ)曲线 停留时间分布的测定一般采用示踪技术，示踪剂选用易检测其浓度的物质，根据其光学、电学、化学及放射等特性，采用比色、电导、放射检测等测定浓度。选择示踪剂要求： 1) 与主流体物性相近； 2) 高低浓度均易检测，以减少示踪剂的用量； 3) 不产生相变或相转移； 4) 示踪剂浓度易转变为光信号或电信号，以便于计算机数据采集和处理。 停留时间的测定方法根据示踪剂的加入方式分为脉冲法、阶跃法和周期输入法，前两者应用较广。 1、阶跃示踪法 从某一时刻起，将原物料全部切换为示踪物，示踪物浓度阶跃突变。 0 1.0 (a)“激励”曲线 0 1.0 (b)“响应”曲线 图4-3 阶跃法测定停留时间分布函数 由图可知，在t=0时，C=0；t ， C C0 时间为t时，出口物料中示踪剂浓度为C(t)，物料流量为V，所以示踪剂流出量为V C(t)，又因为在时间为t时流出的示踪剂，也就是反应器中停留时间小于t的示踪剂，按定义，物料中停留时间小于t的粒子所占的分率为F(t)，因此，当示踪剂入口流量为VC0时，出口流量VC0 F(t)，所以有： 因此，用此法可直接方便地测定实际反应器的留时间分布函数。 2、脉冲示踪法 在尽可能短的时间内，用示踪物瞬间代替不含示踪物的物料，然后又立刻恢复为原来的物料。即给物料一个脉冲讯号，与之同时测定出口流的响应曲线 图4-4 脉冲法测定停留时间分布密度函数 0 1.0 (b)“响应”曲线 0 (a)“激励”曲线 设Δt0时间内注入示踪剂的总量为M（mol），出口处浓度随时间变化为C(t)，在示踪剂注入后t t+dt时间间隔内，出口处流出的示踪剂量占总示踪剂量的分率： 若在注入示踪剂的同时，流入反应器的物料量为N，在注入示踪剂后的t t+dt时间间隔内，流出物料量为dN，则在此时间间隔内，流出的物料占进料的分率为： 示踪剂的停留时间分布就是物料质点的停留时间分布，即： 因此： 有： 只要测得V，M和C（t），即可得物料质点的分布密度。 由于M=VC0 Δt0， C0 及Δt0难以准确测量，故示踪剂的总量可用出口所有物料的加和表示： 因此，利用脉冲法可以很方便的测出停留时间分布密度。 脉冲法和阶跃法的比较 脉冲法 阶跃法 示踪剂注入方法 在原有的流股中加入示踪剂，不改变原流股流量 将原有流股换成流量与其相同的示踪剂流股 E(t) 可直接测得 F(t) 可直接测得 研究不同流型的停留时