化学反应工程第4章
本章主要介绍非理想流动的概念、停留时间分布的定量描述和实验测定方法,以及非理想流动模型的建立和应用。
1. 非理想流动的概念:非理想流动是指流体在反应器中的停留时间不完全一致,存在停留时间分布的问题。这种现象会引起物料间的混合返混,影响反应器的性能。
2. 停留时间分布的定量描述:停留时间分布是指流体微元从进入反应器到流出反应器所经历的时间的分布。停留时间分布密度函数E(t)是指在稳定连续流动系统中,同时进入反应器的N个流体粒子中,其停留时间为t~t+dt的那部分粒子dN占总粒子数N的分率。停留时间分布函数F(t)是指在稳定连续流动系统中,同时进入反应器的N个流体粒子中,其停留时间小于t的那部分粒子占总粒子数N的分率。
3. 停留时间分布的实验测定:停留时间分布通常由实验测定,主要的方法是应答技术,即用一定的方法将示踪物加到反应器进口,然后在反应器出口物料中检验浓度随时间变化,以获取示踪物在反应器中停留的时间分布规律的实验数据。示踪剂的选择条件包括不与主流体发生化学反应、和主流体互溶、易被转化为电信号和光信号、在低示踪剂浓度时易被检测到、示踪剂浓度和检测信号具有线性关系、多相系统的示踪不应出现示踪剂从一相到另一相的情况。
4. 非理想流动模型的建立:非理想流动模型是指根据停留时间分布的实验数据,建立的反应器性能和设计计算模型。该模型可以用于描述反应器中的流动和混合现象,预测反应器的性能和设计计算结果。
5. 流动反应器内流体混合问题:流动反应器内流体混合问题是指流体在反应器中的停留时间分布和混合现象。该问题的解决可以通过非理想流动模型的建立和应用来实现。
6. 停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)之间的关系:E(t)是F(t)的一阶导数,F(t)是E(t)的累积分布函数。E(t)和F(t)之间的关系可以用于描述停留时间分布的规律。
7. 停留时间分布的实验测定方法:实验测定方法包括脉冲示踪法和阶跃示踪法。脉冲示踪法是指在系统的入口处,瞬时注入一定量的示踪流体,同时开始在出口流体中检测示踪剂浓度的变化。阶跃示踪法是指在系统的流体A达到稳定流动后,将原来在反应器中流动的流体切换为另一种在性质上有所不同的含示踪剂的流体B,从A切换到B的同一瞬间,开始在出口处检测出口物料示踪剂浓度的变化。
本章介绍了非理想流动、停留时间分布的概念和实验测定方法,以及非理想流动模型的建立和应用。这些内容对于理解和解决流动反应器中的流体混合问题和停留时间分布问题具有重要的理论和实践意义。