化学反应工程-10-第三章-均相非理想流动反应器

化学反应工程-

第三章 均相非理想流动反应器

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3.1概 述

PFR：流动型式→平推流→流体质点具有相 同的停留时间。 CSTR：流动型式→全混→流体质点具有不 同的停留时间。 实际的反应器往往介于两者之间，存在一定 返混，即是非理想流动。

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返混对反应过程的影响：

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说明： 物料在停留时间t1时，A组分浓度为CA1，反应速率为r1； 物料在停留时间t2时，A组分浓度为CA2，反应速率为r2。 若在某一瞬间，t1的物料和t2的物料发生混合（返混）， 混合后的物料反应速率r平均 与不混时的反应速率均值

1 r1 r2 2

是不同的。

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3.2 停留时间分布（RTD） 度量返混程度最简单而且最有效的方法是确定物料在 反应器中的停留时间分布规律。

3.2.1停留时间分布函数

一、停留时间分布的密度函数 E t

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定义：在定常态下的连续流动系统中，在某一瞬间 t 0

时，流入反应器中的流体M Kg（作了标记的示踪物）； （下面看反应器的出口）在反应中出口流体中，当时刻为t 时，在时间 t ~ t dt 之间，流出的流体质点（示踪物）

的质量为 dM ，这时的分布

dM E t Mdt

dM M

即为 E t dt。

单位时间内流出的示踪物的质量占总质量的分率。

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F 二、停留时间分布函数（寿命分布函数） t

定义：在定常态下，某一瞬间 t 0 时，流入反应器中的 流体MKg（示踪物）；在出口流体中，停留时间小于t 时的流体质点所占的分率即为 F t 。 显然

F t

Mt t dM M t E t dt 0 M M

0

t 0， t 0 ； F

t ，F t E t dt 1

0

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E t

和 F t 之间关系图示

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三、特征值 1、平均停留时间 t

t tE t dt

0

t —E(t)的数学期望

E t dt dF t

t tdF t

1 0

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2、方差 t2

t t E t dt

2 t 2 0

2

表示停留时间分散程度的量。

t E t dt 2t tE t dt t

2 t 0 0

2

E t dt

0

t E t dt t

0

2

2

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四、无因次化 1、 t 无因次化： E 令

t t 1 t t

∵ E t dM Mdt

dM

又 t t

dt td

1 dM 1 E t E M td t Md t

∴

E tE t

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2、F t 无因次化： ∵

F t E t dt

t 0

0

1 E td t

E d

0

∴

F t F

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t2的无因次化 3、

t E t dt t

2 t 2 0 2 2 E t td t t 2

t

t2

t

2 0

2

0

2

0

E d t

2

2

2 E d 1 E d

2 0 2

2

∴

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