化学反应工程第五章.ppt
- 文档编号:11670783
- 上传时间:2023-06-02
- 格式:PPT
- 页数:56
- 大小:1.34MB
化学反应工程第五章.ppt
《化学反应工程第五章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学反应工程第五章.ppt(56页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
1,停留时间分布与反应器的流动模型,第五章,天津大学化工学院反应工程教学组,2,5.1.1停留时间分布(RTD)概述,实际反应器常偏离理想流动。
受多种因素的影响,流体在反应器内停留的时间有长有短,形成停留时间分布;,反应进行的完全程度(或接近平衡的程度)与物料在反应器内的停留时间长短有关;,流动状况可通过停留时间分布定量表征,流动模型基于停留时间分布;,停留时间分别有年龄分布与寿命分布;停留时间分布研究对象是反应器内的流体粒子或微团;,停留时间分布理论具有广泛的实际应用。
5.1停留时间分布(ResidenceTimeDistribution),3,5.1.2.停留时间分布的定量描述,Nt个,如何在不影响主体流动的情况下测定RTD?
定常流动闭式系统,t=0,4,5,停留时间分布密度函数E(t),停留时间分布密度函数E(t)性质,tt+dt,E(t),6,封闭系统,常数,停留时间分布函数F(t),7,脉冲法,阶跃法,升阶法,降阶法,示踪响应法,5.2停留时间分布的实验测定,周期输入法,8,5.2.1脉冲法,输入曲线,响应曲线,示踪剂加入方法输出曲线的测定方法,9,示踪剂加入总量,系统出口检测的示踪剂量,tt+dt,示踪剂分布,脉冲法与停留时间分布密度函数,10,例5.1:
脉冲法停留时间分布的计算,流化床催化裂化装置中的再生器,其作用系用空气燃烧硅铝催化剂上的积炭使之再生。
进入再生器的空气流量为0.84kmol/s。
现用氦气作失踪剂,采用脉冲法测定气体在再生器中的停留时间分布,氦的注入量为8.8410-3kmol。
测得再生器出口气体中氦的浓度c(用氦与其他气体的摩尔比表示)和是的关系如下:
试求t=35s时的停留时间分布密度和停留时间分布函数。
11,解,12,阶跃法,检测器,含示踪剂流体Q,含示踪剂流体,不含示踪剂流体,降阶法,升阶法,响应曲线,13,输入曲线,响应曲线,t-dtt,升阶法,停留时间小于t的示踪剂量,示踪剂输入量,(5.17),14,tt+dt,脉冲法与阶跃法比较?
降阶法,停留时间大于t的示踪剂量,示踪剂输入量,1-F(t),(5.19),15,示踪剂选择基本原则,示踪剂应易于和主流体溶或混为一体,除了显著区别于主流体的某一性质以便于检测外,两者应尽可能相同的物理性质;,示踪剂低浓度时即可方便检测;,示踪剂的浓度最好与检测信号具有较宽的线形范围;,示踪剂应不与主流体发生反应,用于多相系统的示踪剂应不发生相间转移。
16,5.3停留时间分布的统计特征值,1.平均停留时间,17,2.方差,18,例5.2:
用
(1)脉冲法、
(2)升阶法、(3)降阶法分别测得一流动系统的响应曲线c(t),试推导平均停留时间和方差与c(t)的关系。
脉冲法,升阶法,降阶法,升阶法响应曲线,19,例5.3:
用脉冲法测得一流动反应器的停留时间分布,得到出口流中示踪剂的浓度c(t)与时间的关系如下,试求平均停留时间和方差。
数值积分方法,梯形公式辛普生公式复化梯形公式复化辛普生公式,20,1.活塞流模型,5.4理想反应器的停留时间分布,21,2.全混流模型,22,P139,例5.4反应器全混流的检验(自学)。
全混流与活塞流比较,返混程度(宏观混合),最小,最大,23,5.5非理想流动现象,1.滞流,固定床与搅拌釜反应器停留时间分布,固定床,搅拌釜,24,2.沟流,3.短路,25,层流反应器停留时间分布,4.径向速率不均匀,层流流速径向分布,5.37,26,环行连续硝化反应器,5.循环流,6.扩散,分子扩散涡流扩散,27,5.6非理想流动模型,5.6.1.离析流模型,cA(t),XA(t),5.38,5.39,t,tt+dt,E(t)dt,28,离析流模型,(宏观流体),29,例5.5液相二级反应(k=2.410-3m3/mol/min),Q0=0.5m3/min,cA0=1.6kmol/m3。
该反应器停留时间分布同例5.3。
试计算反应器出口A转化率。
(1)离析流模型;
(2)活塞流模型。
脉冲法,二级反应,30,5.6.2多釜串联模型,N釜串联反应器,活塞流反应器,全混流反应器,31,初始与边界条件,多釜串联反应器平均停留时间与方差(升阶法),升阶法,32,P=1,5.42,P=2,5.43,33,5.47,5.48,5.50,34,图5.18多釜串联模型E()图,35,5.6.3轴向扩散模型,、流速恒定、径向浓度均一、轴向有扩散,遵循Fick定律,轴向扩散模型假设,活塞流模型,36,活塞流全混流,5.52,37,5.54,38,(5.54),分离变量,初始与边界条件(降阶法),39,轴向扩散模型,40,轴向扩散模型E(q)与F(q)图,41,例5.6若采用多釜串模型模拟该反应器,试求模型参数;例5.7若采用轴向扩散模型模拟,试求模型参数。
Q=40.2cm3/min,m=4.95g,Vr=1735cm3,反应器出口示踪剂浓度与时间关系(脉冲法),42,多釜串,轴向扩散,43,5.7非理想反应器的计算,离析流模型,多釜串模型,轴向扩散模型,44,轴向扩散模型计算方法,边界条件,一级不可逆反应,45,图5.23/24用轴向扩散模型计算一级与二级反应转化率,46,例5.8实验室全混流反应器等温液相反应,当空时为43.02min时,转化率为85%.采用管式反应器进行中试,停留时间分布同例5.6,温度与操作空时同小试,试预测反应器出口转化率。
(1)多釜串模型;
(2)轴向扩散模型.,3.50,
(1)多釜串联模型,动力学参数k估值,47,
(2)轴向扩散模型,(3)活塞流模型,48,5.8流动反应器中流体的混合,宏观流体,完全离析部分离析完全微观混合,基本概念,1.宏观混合:
设备尺度上的混合.,全混流、活塞流、非理想流动,2.微观混合:
微团尺度上的混合.,微观流体,49,微观混合对反应速率的影响,宏观流体,微观流体,50,反应/反应器类型与微观混合的影响,无,有,无,有,有,51,全混流反应器中完全离析和完全微观混合的转化率比较,52,不同返混程度时混观混合程度对转化率的影响(二级反应),返混程度,转化率差,53,混合早晚对反应器的影响,例5.9等温反应,CSTR反应器和PFR反应器串联,空时均为1min,cA0=1kmol/m3,试分别计算一级(k=1min-1)和二级反应(k=110-3m3/mol/min)时两种串联顺序下所达到的最终转化率。
54,cA0,cA1,cA2,cA0,cA2,cA1,一级反应,55,cA0,cA1,cA2,cA0,cA2,cA1,二级反应,56,反应器设计,反应动力学,反应器流动模型(RTD),微观混合,混合早晚,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学反应 工程 第五