化学反应工程第4章48749.ppt

第四章
非理想流动反应器
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第一节概述一、返混
物料在反应器内不仅有空间上的混合而且有时间上的混合。
:相同停留时间物料间的混合。
:不同停留时间物料间的混合。
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(1)反应器中物料的循环流动
(2)湍流
(3)分子扩散
(4)催化剂或填料的碰撞
(5)不均匀的流速分布(如层流)
(6)反应器的结构
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二、返混对化学反应的影响
返混是不同停留时间物料间的混合。即不同转化率,不同温度的物料粒子间的相互混合。返混会改变反应器内物料浓度的分布,因此是影响反应器性能的一个重要参数。

(1)n>0 返混降低了反应的推动力,-rA ,XA
(2)n<0 返混降低了反应的推动力,-rA ,XA
有利于反应
(3) 自催化反应:返混使产物浓度增加,有利于反应
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(1)平行反应:主反应级数大于副反应级数,
返混使主产物的选择率下降;
主反应级数小于副反应级数,
返混使主产物的选择率提高。
(2)连串反应:返混是中间产物浓度降低,因而,使中间产物的选择率下降。
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三、按返混程度对反应器的分类



在这类反应器中物料之间存在一定程度的返混,但并未达到充分返混的程度,现将这类反应器称为非理想流动反应器。
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四、停留时间分布
停留时间分布(简称RTD):由于反应器中物料的返混,造成了所有流体微元的停留时间有长有短,呈现了一种概率分布。即返混造成了停留时间分布。但并非只有返混才可以引起停留时间分布。如:层流:无返混,但却存在着停留时间分布。
由此可知,返混与停留时间分布并无确定的一一对应关系,一定的返混必然形成确定的停留时间分布,但是一定的停留时间分布并不一定由确定的返混引起的。
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返混程度的大小很难通过实验直接测定,而停留时间分布可以实验直接测定,故总是设法用停留时间分布来描述返混程度的大小。可是由于停留时间分布与返混不是一一对应关系,不能直接把实验测定的停留时间分布用于描述返混程度的大小,而要借助于流体的流动模型来表示。

由于停留时间分布常用概率予以描述,即用二个函数及二个特征值予以描述。二个函数分别是停留时间分布函数和停留时间分布密度函数,二个特征值则是数学期望和方差。
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第二节:流体在反应器内的停留时间分布
一、停留时间分布(简称RTD)的表示方法
通常,停留时间分布依据其测定方法,有着不同的表示方法。
对于“出口流体”:E(t)-RTD密度函数
F(t)- RTD函数
对于“器内流体”:I(t)-年龄分布密度函数
Y(t)-年龄分布函数
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