化学反应工程 101 - CSTR停留时间分布计算_图文.ppt
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停留时间分布与反应器的流动模型讲义停留时间分布(RTD)是描述流体在反应器内停留时间的分布情况。
它对于理解反应器的性能和效率至关重要。
通过分析停留时间分布,可以评估反应过程中各种反应物的浓度分布,从而优化反应器设计和操作。
在反应器中,流体进入并通过反应器。
然而,由于流体的动力学特性和反应器的几何形状,不同流体分子停留在反应器中的时间是不一样的。
停留时间分布图描述了流动物质的停留时间的概率分布。
停留时间分布可以通过数学模型来描述。
最常用的数学模型是以连续搅拌反应器(CSTR)为基础的模型。
CSTR是一种理想化的反应器类型,其中反应物在反应器中均匀分布,并以恒定的速率混合。
CSTR模型假设反应物的停留时间服从完美的指数分布。
另一个常用的模型是斑点流动模型(PFR)。
在PFR中,流体在反应器中形成了一系列的“斑点”,每个斑点代表一个流体分子,它们按照一定的速率顺序通过反应器。
PFR模型假设反应物的停留时间服从完美的单谷型分布。
PFR模型更适用于流体通过小直径管道或多孔介质的情况。
反应器的流动模型是利用数学模型描述反应物在反应器内的运动和行为,从而揭示反应过程中的动力学特性。
通过结合停留时间分布和流动模型,可以研究反应器中的物质传递、反应速率、混合程度等重要参数。
总结一下,停留时间分布和反应器的流动模型对于理解反应器的性能和优化设计非常重要。
它们可以帮助我们预测和改进反应过程中的各种流体动力学参数,从而提高反应器的效率和产量。
停留时间分布(RTD)与反应器的流动模型在化学工程领域具有广泛的应用。
通过分析停留时间分布和建立合适的流动模型,可以有效地揭示反应器内复杂流动与反应过程之间的关系,优化反应器设计和流程操作。
首先,停留时间分布是评估反应器性能的一个重要指标。
它反映了反应物在反应器内停留的时间分布情况。
对于快速反应,需要较短的停留时间,而对于缓慢反应,则需要较长的停留时间。
停留时间分布可以通过实验测量或数值模拟来获得。
停留时间分布及其方差偏度一.工业背景停留时间分布是指反应物从进入反应器开始到出反应器所经历的时间。
停留时间分布的测定除了可以确定产物的定量分布,用于计算其他变化量,并作为物料、热量衡算的基础之外,还可以用来分析现有设备的工作情况,例如,可通过停留时间分布的测定来检查填料塔或固定床反应器是否存在死区或短路等现象,通过分析提出改进操作性能的方程。
描述停留时间分布的函数有停留时间分布密度函数和停留时间分布函数。
二.停留时间分布及描述1.停留时间分布密度函数定义:在稳定态流动下,某瞬间t=0时进入反应器的物料,如果停留时间在(t~t+d t)区间内的物料质点占总物料的分率为E(t)d t,那么E(t)即为停留时间分布密度函数,即其中E(t)为停留时间分布密度函数,单位:2.停留时间分布函数定义:在稳定态流动下,于瞬间t=0时进入反应器的物料中,停留时间小于t的物料质点占总物料的分率,即F(t)为停留时间分布函数3.E(t)和F(t)之间的关系由图可知,(1)停留时间分布曲线为单调递增曲线(2)F(0)=0(3)(4)E(t)单位为,F(t)无因次三.停留时间分布的测定1.停留时间分布通常采用实验测定,由于物料质点彼此之间很难区分,所以测定物料在反应器中的停留时间通常借助示踪剂。
2.脉冲法定义:在极短时间内将一定量的示踪剂迅速注入反应器进料中,然后分析出口流量中示踪剂的浓度随时间变化情况。
t~t+Δt间示踪剂的量为:;停留时间介于t~t+Δt的示踪剂所占分率:;根据停留时间分布密度函数的定义:;,,经过足够长的时间,所有示踪剂都会流出系统代入得。
4.阶跃示踪法阶跃法测定停留时间分布的装置和脉冲法相同,具体步骤如下:物料保持稳定流动,在测定过程中一直保持稳定流动,物料的流况不变。
在时间为t时,如果出口示踪剂浓度为,则单位时间时间内示踪剂的流出量为,又因为此时流出的物料质点的停留时间均小于t,所以占单位时间内进入系统的总物料的分率为F(t),,由此可以看出,采用阶跃法测得的是停留时间分布函数。
一级反应与停留时间的分布1. 停留时间分布是指物料质点从进入反应器开始,到离开为止,在反应器中总共停留的时间,这个时间也就是质点的寿命,固体粒子停留时间测量方法有间接法和直接法两种,间接的测量是基于总的固体相速度和相分率,而直接法大多借助示踪剂进行测量.2. 速率常数 k 的单位为时间的负一次方,时间 t 可以是秒(s),分(min),小时(h),天(d)和年(a)等。
半衰期t 1/2 是一个与反应物起始浓度无关的常数In(a -x)与时间 t 呈线性关系。
引申的特点:(1) 所有分数衰期都是与起始物浓度无关的常数。
(2) (3) 反应间隔 t 相同有定值。
3. 仪器的连续运转,返混由于材料的装置,同时各部分材料进入装置,可分别采取不同的流动路径,停留时间内的设备是不一样的,所以一定的分布是由统计规律。
1/21ln 2/t k =1/23/47/8::1:2:3t t t =1e k t a x a --=一批式反应器,问题是比较简单的,因为反应材料加载一次,所以在任何时刻,所有材料在反应器中的停留时间是一样的。
停留时间分布不存在问题。
流动反应器,由于液体不断流入系统和连续流动的系统,由于不均匀的速度分布系统中的流体,分子扩散的流体,湍流扩散,搅拌所造成的强对流,以及设备安装不良死区,窜流,短路,和其他原因,流体粒子的停留时间在系统必须是长或短,有的很快离开,而其他人经历了一段漫长的时间离开之前形成的停留时间分布。
长度的停留时间直接影响反应速率(如影响的程度,反应)更长,更完整的反应的进行,粒子在出口时,反应速率高,能见度研究反应停留时间的材料在反应器中具有非常重要的意义。
由于停留时间分布的物质在反应完全是随机的,因此可以被概念的基础上,概率分布的材料,反应器内的停留时间分布的定性描述。
停留时间分布函数与分布密度停留时间分布密度电子(吨)的定义是。
粒子的定义:在稳定的连续流动系统,在进入反应器,停留时间不~吨+驱动部分的颗粒的总粒子数的部分称为:停留时间分布密度函数停留时间分布停留时间分布实验测定停留时间分布的实验测定采用信号响应法。