非理想流动及其反应器设计PPT课件下载推荐.ppt
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实际流体:
即非理想流体,偏离平推流和全混流,即非理想流体,偏离平推流和全混流,返混程度介于两者之间。
返混程度介于两者之间。
4.14.1概述概述工业生产中的非理想流动现象工业生产中的非理想流动现象设备的死角;
设备的死角;
反应器内的短路;
反应器内的旁路;
反应器内的沟流,等等。
共同特征共同特征在反应器内物料流体粒子的停留时间不一。
在反应器内物料流体粒子的停留时间不一。
4.14.1概述概述4.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质RTDanditsCharacteristic引言引言间歇反应器:
物料颗料停留时间相同,其停留时分布呈间歇反应器:
物料颗料停留时间相同,其停留时分布呈现一个数值。
现一个数值。
连续反应器:
流体粒子的停留时间可能长短不一,有的连续反应器:
流体粒子的停留时间可能长短不一,有的粒子停留时间长,有的可能极短,其停留粒子停留时间长,有的可能极短,其停留时间参差不齐,呈现一个分布状态(停留时间参差不齐,呈现一个分布状态(停留时间分布)。
时间分布)。
停留时间影响反应转化率,停留时间影响反应转化率,停留时间分布影响反应的综合停留时间分布影响反应的综合结果。
结果。
4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质全混流反应模型:
全混流反应模型:
全混流流体(返混最大);
平推流反应模型:
平推流流体(返混最小);
实际反应流体介于上述两者之间实际反应流体介于上述两者之间。
需从需从停留时间分布停留时间分布入手,讨论入手,讨论实际反应流体计算及其实际反应流体计算及其反应器的设计反应器的设计。
4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质停留时间停留时间寿命:
寿命:
流体粒子经过系统(由入口至出口)的时间;
寿命有长有短。
年龄:
流体粒子在系统内逗留的时间;
年龄有长有短。
停留时间分布停留时间分布寿命分布:
寿命分布:
系统出口粒子不同寿命的分布;
粒子有多有少,寿命有长有短,连续分布。
年龄分布:
系统内粒子不同年龄的分布。
作用作用利用其可分析现有设备的工况;
依据停留时间分布,建利用其可分析现有设备的工况;
依据停留时间分布,建立适宜的流动模型,设计计算非理想反应器。
立适宜的流动模型,设计计算非理想反应器。
1.1.基本概念基本概念4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质对于一个稳定的连续流动系统,当在某一瞬间同时进入系统的对于一个稳定的连续流动系统,当在某一瞬间同时进入系统的一定量流体,其中各流体粒子将经历不同的停留时间后依次由系统一定量流体,其中各流体粒子将经历不同的停留时间后依次由系统流出。
流出。
停留时间分布密度函数停留时间分布密度函数E(t):
在同时进入的在同时进入的N个流体颗粒中,停个流体颗粒中,停留时间介于留时间介于t和和t+dt间的流体颗粒所占的分率间的流体颗粒所占的分率dN/N,记,记为为E(t)dt。
停留时间分布函数停留时间分布函数F(t):
流过系统的物料中所有停留时间小于流过系统的物料中所有停留时间小于t的物料百分率。
的物料百分率。
2.2.停留时间分布的定量描述停留时间分布的定量描述介于介于t和和t+dt之间之间的流体分率的流体分率4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质E(t)=0t0E(t)0t0归一化性质归一化性质相互关系相互关系4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质统计特征统计特征数学期望数学期望方方差差4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质无因次表达无因次表达全混流全混流平推流平推流实际流体实际流体表明流体分布的分散表明流体分布的分散程度程度4.24.2停留时间分布及其性质停留时间分布及其性质4.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定DeterminationofRTD脉冲法脉冲法脉冲法脉冲法输入曲线输入曲线响应(输出)曲线响应(输出)曲线c0(t)4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定示踪剂加入量示踪剂加入量mm4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定升阶法升阶法升阶法升阶法主流体主流体QQ00QQ系系系系统统统统检测器检测器含示踪剂的流含示踪剂的流体(体(C()C())c(c()cc00(t)(t)ttt=0t=000输入曲线输入曲线c(c()c(c(t)t)tt00响应曲线响应曲线4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定降阶法降阶法降阶法降阶法主流体主流体QQQQ系系统统检测器检测器含示踪剂的流含示踪剂的流体(体(C(0)C(0))00c(c(00)cc00(t)(t)ttt=0t=0输入曲线输入曲线00c(c(00)c(c(t)t)tt响应曲线响应曲线4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定脉冲法脉冲法简单、示踪剂用量少,可直接测出停留时间分布密度简单、示踪剂用量少,可直接测出停留时间分布密度函数;
函数;
要求输入理想脉冲。
阶跃法阶跃法操作容易;
操作容易;
示踪剂用量大,直接测出的是停留时间分布函数。
示踪方法比较示踪方法比较示踪方法比较示踪方法比较4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定1.1.平均停留时间平均停留时间2.2.方差方差脉冲法脉冲法降阶法降阶法升阶法升阶法相关特征值相关特征值相关特征值相关特征值4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定(11)脉冲法)脉冲法(22)升阶法)升阶法(33)降阶法)降阶法4.34.3停留时间分布的测定停留时间分布的测定4.4理想流动模型理想流动模型ModelofIdealFlow典型流体模型典型流体模型平推流模型平推流模型全混流模型全混流模型数学模型法数学模型法通通过过对对复复杂杂的的实实际际过过程程进进行行分分析析、合合理理简简化化,然然后后采采用用一一定定的的数数学学方方法法和和语语言言描描述述出出来来,建建立立模模型型,使使其其符符合合实实际际过程的规律特性,再加以求解。
过程的规律特性,再加以求解。
4.44.4理想流动模型理想流动模型平推流模型平推流模型4.44.4理想流动模型理想流动模型平推流反应器的平推流反应器的E(t)4.44.4理想流动模型理想流动模型全混流模型全混流模型流入流入=流出流出+积累积累4.44.4理想流动模型理想流动模型B.C.:
4.44.4理想流动模型理想流动模型(最大值)(最大值)4.44.4理想流动模型理想流动模型全混反应器的全混反应器的E(t)E(tE(t)F(tF(t)4.44.4理想流动模型理想流动模型4.5非理想流动现象非理想流动现象Phenomenaofnon-idealFlow死区(滞流区)死区(滞流区)死区(滞流区)死区(滞流区)4.54.5非理想流动现象非理想流动现象沟流沟流沟流沟流4.54.5非理想流动现象非理想流动现象短路短路短路短路4.54.5非理想流动现象非理想流动现象接近平推流接近平推流曲线的峰形与位置与预期的相符;
曲线的峰形与位置与预期的相符;
出峰太早,说明可能短路或沟流;
出现几个递降峰形,表明反应器内出现几个递降峰形,表明反应器内可能存在循环流动;
可能存在循环流动;
出峰太晚,可能计量误差,或可能出峰太晚,可能计量误差,或可能示踪剂在反应器内被吸附减少所示踪剂在反应器内被吸附减少所致;
致;
反应器内存在两股平行的流体。
4.54.5非理想流动现象非理想流动现象接近全混流接近全混流正常形状、出峰太早、内正常形状、出峰太早、内循环、出峰太晚、仪表滞循环、出峰太晚、仪表滞后而造成时间推迟等。
后而造成时间推迟等。
4.54.5非理想流动现象非理想流动现象层流层流其它流体其它流体4.54.5非理想流动现象非理想流动现象4.6非理想流动模型非理想流动模型Modelofnon-idealFlow概述概述建模的要求:
建模的要求:
等效性(能够正确反映模拟等效性(能够正确反映模拟对象的物理实质);
对象的物理实质);
合理简化便于数学处理(模合理简化便于数学处理(模型参数不应超过两个)型参数不应超过两个)建模的依据:
建模的依据:
反应器内停留时间分布反应器内停留时间分布常用技巧:
常用技巧:
对理想模型进行修正,对理想模型进行修正,或将理想流动模型与滞或将理想流动模型与滞流区、短路和沟流等作流区、短路和沟流等作不同组合不同组合常用的非理想流动模型:
常用的非理想流动模型:
轴向扩散模型轴向扩散模型多釜串联模型多釜串联模型离析流模型离析流模型4.64.6非理想流动模型非理想流动模型轴向扩散模型轴向扩散模型基本假定基本假定径向浓度分布均一轴向上,流体的流速和扩散系径向浓度分布均一轴向上,流体的流速和扩散系数均为恒定值。
数均为恒定值。
4.64.6非理想流动模型非理想流动模型AxialDispersionModel4.64.6非理想流动模型非理想流动模型轴向扩散项,反映系统内返混程度的大小。
轴向扩散项,反映系统内返混程度的大小。
PePe(PecletPeclet)准数准数表示对流传递速率和扩散传递速率的相对大小表示对流传递速率和扩散传递速率的相对大小areDuLP=4.64.6非理想流动模型非理想流动模型轴轴向向扩扩散散模模型型的的停停留留时时间间分分布布密密度度函函数数4.64.6非理想流动模型非理想流动模型反应模型方程反应模型方程(关键组分(关键组分AA)利用轴向扩散模型进行反应器计算步骤利用轴向扩散模型进行反应器计算步骤测反应器的停留时间分布,求出测反应器的停留时间分布,求出k根据根据,求出模型参数,求出模型参数PePe解反应模型求转化率。
解反应模型求转化率。
若轴向扩散项若轴向扩散项为零,则化简为零,则化简为平推流模型为平推流模型4.64.6非理想流动模型非理想流动模型实际反应器的流动状况可以用多个串联的同体积全混实际反应器的流动状况可以用多个串联的同体积全混反应器来描述,串联的釜数反应器来描述,串联的釜数NN就是模型参数。
对于两种理就是模型参数。
对于两种理想的反应器,其模型参数分别为:
全混釜,想的反应器,其模型参数分别为:
全混釜,N=1N=1;
活塞流:
;
N=N=而对于实际反应器:
而对于实际反应器:
多釜串联模型多釜串联
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- 理想 流动 及其 反应器 设计