非理想流动模型.pptx

凝集流模型物理模型：流体以流体团的方式流过反应器，这些流体团彼此之间不发生混合，每个流体团相当于一个小反应器。由于返混的作用，流体团在反应器内的停留时间不同，达到的转化率因而不同，在反应器出口处的宏观转化率，就是各不同停留时间的流体团达到的转化率的平均值。这样就把流体的停留时间分布与反应转化率联系起来了，每个流体团都作为一个间歇反应器，它的反应时间由停留时间分布决定。而流体团在停留时间内达到的转化率由反应动力学决定。最后，将二者结合起来，在出口处加权平均，得到最终转化率。相当于若干平推流反应器或间歇反应器的并联，将非理想流动对反应的影响明显化了。写成数学公式：例3-3某非理想流动反应器，其停留时间分布规律同例3-2。在该反应器内进行一级反应，动力学方程为-rA=3.3310-3cA，请确定该反应器的出口转化率（反应物A的化学计量系数为1）。解：采用凝集流模型进行计算。对于一级反应，在间歇反应器中转化率与反应时间关系如下：多级串联槽模型物理模型：反应器是由若干大小相等的全混流反应器串联而成。这些全混流反应器之间没有返混，没有反应。定常态操作。平推流与全混流的比较平推流全混流用阶跃法测定第i个反应器的停留时间分布V0,c0,V1,c1,V2,c2,Vn,cnVi,ci,N=1，全混流N ，平推流N等于某一值，意味着该反应器的返混程度相当于N个理想混合反应器的串联。N只是一个虚拟值，因此，N可以是整数也可以是小数。停留时间分布密度函数的散度为槽数的倒数。小数的阶乘由函数解决。解题步骤：轴向扩散模型物理模型：1 主体流动为平推流，但叠加一涡流扩散。2 涡流扩散遵循费克扩散定律且在整个反应器内扩散系数为常数。费克扩散定律(Ficks law)：在有化学反应时对反应物做物料衡算：dl整理得：开开，开闭，闭开，闭闭。反应器内有返混，如边界处有返混，则为开式边界条件，若边界处没有返混，则为闭式边界条件。开开式边界条件下的解：通过扩散模型求转化率定常态下，由基础方程简化得对一级不可逆反应，有解析解解题步骤：例3-6试用轴向扩散模型中的开-开式边值条件及闭-闭式边值条件计算例3-3中反应器出口物料的转化率。解：本题中:按开-开式边值条件：计算值计算出口转化率按闭-闭式边值条件本例题若按平推流反应器计算，其出口转化率将是：按全混釜式反应器计算其出口转化率，将是：例3.2在稳定操作的连续搅拌式形反应器的进料中脉冲注入染料液(m=50g)，测出出口液中示踪剂浓度随时间变化关系如表所示。请确定系统的F(t)，E(t)曲线及 ，值。解：本实验采用脉冲示踪法，测定的时间间隔相同(t=120s)，计算式为：计算值如表所示。第二章习题6.平行液相反应 AP rP=1 AR rR=2cA AS rS=cA2 已知cA0=2kmol/m3，cAf=0.2kmol/m3，求下列反应器中，cP最大为多少？（1）平推流反应器；（2）合混流反应器（3）两釜串联全混流反应器，cA1=1kmol/m3解：（1）平推流反应器中当cAf=0.2时，cP最大值:(2)在全混流反应器中（3）两釜串联全混流反应器7.自催化反应A+P2P的速率方程为：-rA=kcAcP，k=1m3kmolmin-1，原料组成为A13%(mol)，P1%（mol），且cA0+cP0=1kmolm-3，出口流cP=0.9kmolm-3，计算下列各种反应器的空间时间。（1）平推流；（2）全混流；（3）平推流与全混流最佳组合(4)全混流与一分离器的组合（1）平推流