2《反應(yīng)工程》第二版，李紹芬主編，化學(xué)工業(yè)出版社考試題型：考試時(shí)間：

待定1填空題20分選擇題20分考試地點(diǎn)：3計(jì)算題60分待定2《反應(yīng)工程》第二版，李紹芬主編，化學(xué)工業(yè)出版社考試題型：考1第一章緒論

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程學(xué)科的一個(gè)分支，通常簡(jiǎn)稱為反應(yīng)工程，包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析。

均相反應(yīng)：氣相、液相和固相

化學(xué)反應(yīng)分類：非均相反應(yīng)：氣固、氣液、液液、液固、固固和氣液固。 催化反應(yīng)和非催化反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)工程的“三傳一反”動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞。反應(yīng)進(jìn)度（ξ）的定義：任何反應(yīng)組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)的之比恒為定值，推廣到任何反應(yīng)，并表示為：

永遠(yuǎn)取正值

反應(yīng)物取負(fù)值，反應(yīng)產(chǎn)物取正值第一章緒論化學(xué)反應(yīng)工程的“三傳一反”動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞2第一章緒論轉(zhuǎn)化率：是某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的百分率或分率，定義為：選擇關(guān)鍵組分（不過量）計(jì)算轉(zhuǎn)化率計(jì)算轉(zhuǎn)化率起始狀態(tài)選擇問題：連續(xù)反應(yīng)器，以反應(yīng)器進(jìn)口原料的狀態(tài)作為起始狀態(tài)；而間歇反應(yīng)器則以反應(yīng)開始時(shí)的狀態(tài)為起始狀態(tài)。當(dāng)數(shù)個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)，往往以進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)器的原料組成作為起始狀態(tài)。單程轉(zhuǎn)化率：新鮮原料通過反應(yīng)器一次這到的轉(zhuǎn)化率；以反應(yīng)器進(jìn)口物料為基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化率。全程轉(zhuǎn)化率：新鮮原料進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)到離開系統(tǒng)止所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率；以新鮮原料為基準(zhǔn)計(jì)算的轉(zhuǎn)化率，其值必定大于單程轉(zhuǎn)化率。第一章緒論轉(zhuǎn)化率：是某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的百分率或分率，定義為3R第一章緒論單程轉(zhuǎn)化率:(NP兩點(diǎn)間進(jìn)行計(jì)算)A+B 循環(huán)氣全程轉(zhuǎn)化率:(MQ兩點(diǎn)間進(jìn)行計(jì)算)新鮮氣MN反應(yīng)器P分離器Q產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物而言，收率則是針對(duì)生成物而言，定義為： 與轉(zhuǎn)化率一樣，收率也有單程收率和全程收率之分 對(duì)于單一反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率與收率數(shù)值上相等，且無論按那一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物計(jì)算的收率，數(shù) 值上都相等，當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行的反應(yīng)不止一個(gè)時(shí)，則不相等。R第一章緒論單程轉(zhuǎn)化率:(NP兩點(diǎn)間進(jìn)行計(jì)算)A+B全程4第一章緒論轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性三者的關(guān)系：化學(xué)反應(yīng)器的類型管式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器、滴流床反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)的操作方式（1）間歇操作：非定態(tài)過程，物系組成隨時(shí)間而變（2）連續(xù)操作：定態(tài)過程，物系組成位置而變（3）半間歇（半連續(xù)）操作：第一章緒論轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性三者的關(guān)系：化學(xué)反應(yīng)器的類5第一章緒論反應(yīng)器設(shè)計(jì)最基本的方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程：（1）描述濃度變化的物料衡算式，或稱連續(xù)方程；（質(zhì)量守恒定律）（2）描述溫度變化的能量衡算式，或稱能量方程；（能量守恒定律）（3）描述壓力變化的動(dòng)量衡算式，或稱動(dòng)量方程；（動(dòng)量守恒定律）（4）綜觀三種衡算式，根據(jù)各自的守恒定律，均符合下列模式：17第一章緒論反應(yīng)器設(shè)計(jì)最基本的方程反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程：（6第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

任何化學(xué)反應(yīng)都以一定的速率進(jìn)行，通常以單位時(shí)間內(nèi)單位體積反應(yīng)物系中某一反 應(yīng)組分的反應(yīng)量來定義反應(yīng)速率。

=0，恒容過程

需要注意：無論按那一個(gè)反應(yīng)組分計(jì)算的反應(yīng)速率，其與相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比

恒為定值。反應(yīng)速率方程對(duì)任何化學(xué)反應(yīng)的速率都發(fā)生影響的是溫度和濃度這兩個(gè)因素。定量描述反應(yīng)速率與溫度及濃度的關(guān)系，叫做反應(yīng)速率方程r=f(c,T)分離第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)速率方程對(duì)任何化學(xué)反應(yīng)的速率都發(fā)7第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一定溫度下，f1(T)為常數(shù)，用k來表示可逆反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響體現(xiàn)在對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)k的影響阿累尼烏斯方程（阿烏方程）說明可逆吸熱反應(yīng)的速率總是隨著溫度的升高而增加反應(yīng)溫度一定：反應(yīng)速率隨轉(zhuǎn)化率的增加而下降；轉(zhuǎn)化率一定：反應(yīng)速率隨溫度升高而增加。第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)一定溫度下，f1(T)為常數(shù)，用k來8第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)可逆放熱反應(yīng)的速率隨溫度的升高即可能增加，又可能降低。等轉(zhuǎn)化率曲線。溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，到達(dá)某一極大值后，隨著溫度的繼續(xù)升高，反應(yīng)速率反而下降。最佳溫度第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)可逆放熱反應(yīng)的速率隨溫度的升高即可能9第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

復(fù)合反應(yīng)：在同一個(gè)反應(yīng)體系中進(jìn)行若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，稱為復(fù)合反應(yīng)。 單位時(shí)間內(nèi)單位體積反應(yīng)混合物中某一組分i的反應(yīng)量叫做該組分的轉(zhuǎn)化速率（i為反應(yīng)物）或生成速率（i為反應(yīng)產(chǎn)物），并以符號(hào)來表示。就是每一個(gè)反應(yīng)對(duì)整個(gè)反應(yīng)速率的貢獻(xiàn)之和

組分A參加 一個(gè)反應(yīng) 組分A參加 二個(gè)反應(yīng)組分P是反應(yīng)物A的產(chǎn)物，又是生成物R的反應(yīng)物反應(yīng)體系存在著兩個(gè)并列反應(yīng)。其中各個(gè)反應(yīng)都可按著單一反應(yīng)來處理。 反應(yīng)體系存在著相同的反應(yīng)物和不同的產(chǎn) 物，叫平行反應(yīng)。 A反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物同時(shí)又是B反應(yīng)的反應(yīng)物，叫連 串反應(yīng)第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（i為反應(yīng)物）或生成速率（i為反應(yīng)產(chǎn)10第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

通常用瞬時(shí)選擇性來評(píng)介主逼反應(yīng)的相對(duì)大小，由反應(yīng)選擇性的定義，可以得到瞬時(shí) 選擇性的表示如下：反應(yīng)速率方程的變換和積分

恒容：?jiǎn)我环磻?yīng)：第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)速率方程的變換和積分單一反應(yīng)：11第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

變?nèi)荩?/p>

無論是恒容還是變?nèi)?，以濃度表示反?yīng)物系組成時(shí)的變換方法，概括起來為一個(gè) 換算公式：

以上變?nèi)萸闆r只適應(yīng)于氣相反應(yīng)，液相反應(yīng)一般視為恒容處理； 變換是建立在原料起始組成一定而言，原料組成改變，反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率也改變

動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定積分法：積分法是將速率方程積分后，再對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)積分法：積分法是將速率方程積分后，再12第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)

恒容：微分法：

積分微分法是根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的反應(yīng)速率，直接由速率方程估算參數(shù)值。 兩邊取對(duì)數(shù)先假定反應(yīng)級(jí)數(shù)，再檢測(cè)線性相關(guān)第二章反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 恒容： 積分先假定反應(yīng)級(jí)數(shù)，再13器特點(diǎn)第三章釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)a.操作方式：連續(xù)操作、間歇操作或者半間歇（半連續(xù)）操作；b.釜式反應(yīng)器設(shè)有攪拌裝置，保證釜內(nèi)反應(yīng)物料濃度均一，反應(yīng)區(qū)內(nèi) 的反應(yīng)溫度均勻。 連續(xù)釜式反應(yīng)器的物料衡算式輸入=輸出+消耗+累積=0c均一T均勻間歇釜式反應(yīng)器的物料衡算式輸入=輸出+消耗+累積=0=0器特點(diǎn)第三章釜式反應(yīng)器釜式反應(yīng)a.操作方式：連續(xù)操作14第三章釜式反應(yīng)器

等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（單一反應(yīng)）

間歇反應(yīng)的操作時(shí)間由兩部分組成：一是反應(yīng)時(shí)間，即裝料完畢后算起至達(dá)到所要 求的產(chǎn)品收率時(shí)所需時(shí)間；另一是輔助時(shí)間，即裝料、卸料及清洗等所需時(shí)間之 和。反應(yīng)時(shí)間計(jì)算等容對(duì)于單一反應(yīng)，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間取決于反應(yīng)組分的初始濃度（一級(jí)反應(yīng)除外）和所要求達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率。一級(jí)不可逆反應(yīng)反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)物料的起始濃度無關(guān)反應(yīng)物達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時(shí)間，只取決于過程的反應(yīng)速率，即動(dòng)力學(xué)因素，而與反應(yīng)器的大小無關(guān)。反應(yīng)器的大小是由反應(yīng)物料的處理量決定的。第三章釜式反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間計(jì)算等容對(duì)于單一反應(yīng)，間歇反應(yīng)器15第三章釜式反應(yīng)器

間歇反應(yīng)器的體積反應(yīng)體積實(shí)際體積等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算（復(fù)合反應(yīng)）

平行反應(yīng) 化學(xué)反應(yīng)速率方程形式相同，化學(xué)計(jì)量系數(shù)相等：第三章釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積實(shí)際體積等溫間歇釜式反應(yīng)器的計(jì)算16第三章釜式反應(yīng)器連串反應(yīng)

跟平行反應(yīng)一樣，只根據(jù)一個(gè)物料衡算式便可 求定達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)時(shí)間，但同樣 是確定不了此反應(yīng)時(shí)間時(shí)P的濃度和收率。反應(yīng)物A的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的增加而降低反應(yīng)產(chǎn)物Q的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加反應(yīng)產(chǎn)物P的濃度先隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而降低，存在一最大值

P為目的產(chǎn)物最優(yōu)反應(yīng)時(shí)間第三章釜式反應(yīng)器連串反應(yīng) 跟平行反應(yīng)一樣，只根據(jù)一個(gè)物料17第三章釜式反應(yīng)器

連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積

實(shí)際生產(chǎn)中的連續(xù)釜式反應(yīng)器均是在定態(tài)下操作，反應(yīng)器參數(shù)不隨時(shí)間而變，不 存在時(shí)間變量，常應(yīng)用于液相反應(yīng)，視為等容過程。

連續(xù)釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的計(jì)算公式，決定于原料的處理量及組成和反應(yīng)速率方程

反應(yīng)器中只進(jìn)行一個(gè)反應(yīng)，以組分A為關(guān)鍵組分：

轉(zhuǎn)化率的函數(shù) 注意：定態(tài)操作的連續(xù)釜式反應(yīng)器系在等溫、等濃度下進(jìn)行反應(yīng)，所以整個(gè)過程反應(yīng)速率或r為常數(shù)，不隨空間和時(shí)間而改變。需要提醒的是，反應(yīng)速率常數(shù)計(jì)算按反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物料組成計(jì)算，此組成與出口物料組成相同。第三章釜式反應(yīng)器程反應(yīng)速率或r為常數(shù)，不隨空間和時(shí)間而改18空時(shí)第三章釜式反應(yīng)器τ越小，說明反應(yīng)器的處理物料量越大τ越大，說明反應(yīng)器的處理物料量越小連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，由N個(gè)體積和空時(shí)均相等的釜串聯(lián)，其空時(shí)可以由下式計(jì)算：空時(shí)第三章釜式反應(yīng)器τ越小，說明反應(yīng)器的處理物料量越大連19第三章釜式反應(yīng)器

串聯(lián)反應(yīng)器進(jìn)行一級(jí)不可逆反應(yīng)時(shí)，各釜的反應(yīng)體積相等時(shí)，則總反應(yīng)體積最小 對(duì)于串聯(lián)釜式反應(yīng)器進(jìn)行a級(jí)反應(yīng)，a>1,沿著流動(dòng)方向，小釜在前，大釜在后0<a<1, 則相反，a=1，各釜體積相等復(fù)合反應(yīng)的總收率復(fù)合反應(yīng)的總選擇性與瞬間選擇性的關(guān)系不同的操作方式的釜式反應(yīng)器，相同的最終轉(zhuǎn)化率下的最終收率的大小為：第三章釜式反應(yīng)器復(fù)合反應(yīng)的總收率復(fù)合反應(yīng)的總選擇性與瞬間20第四章管式反應(yīng)器

長(zhǎng)度遠(yuǎn)較管徑大，內(nèi)部中空，不設(shè)置任何構(gòu) 件，多用于均相反應(yīng)，也可以用于多相反應(yīng)， 多數(shù)采用連續(xù)操作，少數(shù)采用半間歇操作，使管式反應(yīng)器用間歇操作的極罕見。活塞流模型是最基本的一種流動(dòng)模型，其基本假設(shè)是徑向流速分布均勻。

垂直于流體流動(dòng)方向的任何橫截面上，濃度均一、溫度均一，即徑向混合均勻

不存在返混

同一截面上所有流體粒停留時(shí)間相同第四章管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器用間歇操作的極罕見?；钊髂Ｐ?1第四章管式反應(yīng)器

活塞流和全混流的比較： 根本差別：活塞流無返混存在，全混流的返混程度最大，以致反應(yīng)物料間不存在 濃度差，也不存在溫度差。

單一反應(yīng)等溫管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)方程

以等速率進(jìn)行 常數(shù)管式反應(yīng)器連續(xù)操作 方程等容

=

≠釜式反應(yīng)器連續(xù)操作 方程管式反應(yīng)器空時(shí)變?nèi)莞椒磻?yīng)器的反應(yīng)時(shí)間第四章管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器連續(xù)操作等容釜式反應(yīng)器連續(xù)操作22第四章管式反應(yīng)器軸向濃度分布方程 定態(tài)操作的活塞流反應(yīng)器，反應(yīng)物系的濃度系隨軸向距離而變，與時(shí)間無關(guān)；而間 歇釜式反應(yīng)器，反應(yīng)物系的濃度則隨時(shí)間而變，與位置無關(guān)。釜式反應(yīng)器連續(xù)操作方程管式反應(yīng)器連續(xù)操作方程第四章管式反應(yīng)器釜式反應(yīng)器連續(xù)操作方程管式反應(yīng)器連續(xù)操作23第四章管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器的最終收率大于釜式反應(yīng)器。多釜串聯(lián)的最終收率應(yīng)該介于單釜和管式之間第四章管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器的最終收率大于釜式反應(yīng)器。多釜24第四章管式反應(yīng)器根據(jù)對(duì)反應(yīng)物濃度的不同要求，可以對(duì)管式反應(yīng)器采用不同的加料方式。設(shè)A和B為反應(yīng)物，當(dāng)要求A和B的濃度都很高時(shí)，可將兩者同時(shí)在反應(yīng)器的一端加入，見圖4-5（a）。如要求A的濃度高，而B的濃度低，除了使進(jìn)料中A大量過剩外，也可采用圖4-5（b）的加料方式。即A全部由反應(yīng)器的一端加入，而B則沿反應(yīng)器的軸向分段加入。這樣的加料方式較之采用A大量過剩的加法，其好處是減少產(chǎn)品分離的耗費(fèi)。同理，要求A的低度低，B的濃度高時(shí)也可依照此法處理，見4-5（c）。第四章管式反應(yīng)器根據(jù)對(duì)反應(yīng)物濃度的不同要求，可以對(duì)管式25第四章管式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器最佳溫度序列

生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位時(shí)間單位反應(yīng)體積的產(chǎn)品產(chǎn)量。而對(duì)于復(fù)合反應(yīng)往往還以目的產(chǎn) 物的收率最大為目標(biāo)。

單一反應(yīng)

對(duì)于不可逆反應(yīng)或可逆吸熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)速率越快，顯然，溫度越高，反 應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度也越大，因此高溫操作有利，至于可逆放熱反應(yīng)，就不是操作溫度 越高，反應(yīng)器的生產(chǎn)強(qiáng)度越大了。

可逆放熱反應(yīng)

有可能增加，也有可能減小tkK第四章管式反應(yīng)器有可能減小tkK26第四章管式反應(yīng)器

最佳溫度系列復(fù)合反應(yīng)不可逆反應(yīng)和可逆吸熱反應(yīng)：由低溫到高溫可逆放熱反應(yīng)：由高溫到低溫E1<E2P為目的產(chǎn)物，如果以生產(chǎn)強(qiáng)度最大的觀點(diǎn)看，應(yīng)該先低溫后高溫如果從P的收率來考慮的話，則應(yīng)使整個(gè)反應(yīng)過程都在低溫下進(jìn)行。等溫反應(yīng)，從收率最大的觀點(diǎn)出發(fā)，不存在最佳操作溫度問題，P為目的產(chǎn)物，E1<E2時(shí)，溫度越低越好；E1>E2時(shí)，溫度越高越好。非等溫操作，E1<E2時(shí)，采取先高后低；第四章管式反應(yīng)器 最佳溫度系列不可逆反應(yīng)和可逆吸熱反應(yīng)：27第四章管式反應(yīng)器第四章管式反應(yīng)器28第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的完全程度與反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短和關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)， 反應(yīng)進(jìn)行得越完全。壽命分布流體粒子從進(jìn)入系統(tǒng)到離開系統(tǒng)為止，在系統(tǒng)內(nèi)停留時(shí)間。系統(tǒng)出口處年齡分布對(duì)存留在系統(tǒng)的粒子而言，從進(jìn)入系統(tǒng)算起在系統(tǒng)中停留的時(shí)間。系統(tǒng)中

進(jìn)口有進(jìn)無出系統(tǒng)有出無進(jìn)

出口流體粒子一旦進(jìn)入系統(tǒng)再也不返回到輸入流體的導(dǎo)管中，而由輸出管流出的流體粒子也不返回到系統(tǒng)中。閉式系統(tǒng)第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型壽命分布流體粒子從進(jìn)29∞∫0第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

停留時(shí)間分布的定量描述其中斜線所示的面積E(t)dt表示在t和t+dt之間離開系統(tǒng)的粒子占t=0時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的流體粒子的分率。根據(jù)概論可知，E(t)dt表示流體粒子在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間介于t到t+dt之間的概率?？梢姡珽(t)dt是停留時(shí)間的函數(shù)，和系統(tǒng)的性質(zhì)有關(guān)，叫做停留時(shí)間分布密度函數(shù)，其量綱是[時(shí)間]-1

斜線面積圖5.3停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)=0t<0E(t)≥0t≥0

tF(t)=∫E(t)dt

0E(t)dt=1表示流體粒子的停留時(shí)間小于t的概率。圖5.3停留時(shí)間分布函數(shù)∞∫0第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型其中斜線所示的30第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

F(t)為單調(diào)遞增的曲線 F(∞)=1,F(t)=0(t≤0)

1-F(t)表示停留時(shí)間大于t的流體粒子所

圖5.4停留時(shí)間分布函數(shù)

tF(t)=∫E(t)dt

0

積分變換為求導(dǎo)

占的分?jǐn)?shù)。知道E(t)，積分后就可以求F(t)的值知道F(t)，t時(shí)刻對(duì)應(yīng)曲線的點(diǎn)P作切線，直線AP的斜率就是E(t)值A(chǔ)PE(t)=dF(t)

dt第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型 圖5.4停留時(shí)間31第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型無因次停留時(shí)間θ=ttt=Vr

QE(t)dt=E(θ)dθE(θ)=E(t)

dtdθ=tE(t)

F(θ)=F(t)

停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定前已指出，普遍適用的停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法是示蹤響應(yīng)法，通過用示蹤劑來跟蹤流體在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間。根據(jù)示蹤劑加入方式不同，可分為脈沖法、階躍法及周期輸入法三種。這里僅討論前兩種方法以。第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型無因次停留時(shí)間θ=32第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

（1）脈沖法輸入函數(shù)響應(yīng)曲線實(shí)質(zhì)：極短的時(shí)間內(nèi)，在系統(tǒng)的入口處向流進(jìn)系統(tǒng)的流體加入一定量的示蹤劑。E(t)=Qc(t)

m

E(t)=直接由響應(yīng)曲線求停留時(shí)間分布密度函數(shù)。

c(t)∞∫c(t)dt

0

tF(t)=∫E(t)dt

0積分上式可求停留時(shí)間分布函數(shù)。 求示蹤劑質(zhì)量第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型輸入函數(shù)響應(yīng)曲線實(shí)質(zhì)33第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

圖5.6.1升階法測(cè)定停留時(shí)間分布主流體Q0系統(tǒng)QF(t)=

c(t)c(∞)含示蹤劑的流體中示蹤劑的濃度。

c(∞)

c0(t)含示蹤劑的流 體（C(∞)）

在整個(gè)輸入階 段均不變

輸入曲線

c(∞)c(t)檢測(cè)器 響應(yīng)曲線※階躍響應(yīng)曲線直接求得到的是停留時(shí)間分布函數(shù)，而由脈沖響應(yīng)曲線求得的是停留時(shí)間分布密度。0t=0

t0t開始切換含示蹤劑的流體時(shí)間定為t=0輸入的階躍函數(shù)為：第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型主流體Q0系統(tǒng)QF34t第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

圖5.6.2降階法測(cè)定停留時(shí)間分布主流體Q系統(tǒng)Q1?F(t)=

c(t)c(0)停留時(shí)間大于含示蹤劑的流 體（C(0)）檢測(cè)器t的物料所占的分?jǐn)?shù)輸入曲線

c(0)c0(t)

c(0)c(t)響應(yīng)曲線0

t=0

0Q?c(0)?[1?F(t)]=Q?c(t)tt第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型主流體Q系統(tǒng)Q135第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型脈沖法：直接求出E(t)，應(yīng)用方便。示蹤劑用量少。最大的困難是如何使示蹤劑的輸入時(shí)間縮到最短階躍法：直接求出F(t)，應(yīng)用較不方便。示蹤劑用量多。停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值與其他統(tǒng)計(jì)分布一樣，為了比較不同的停留時(shí)間分布，通常是比較其統(tǒng)計(jì)特征值。常用的統(tǒng)計(jì)特征值有兩個(gè)，一個(gè)是數(shù)學(xué)期望，另一個(gè)是方差。方差表示對(duì)均值的離散程度，方差越大，則分布越寬第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型脈沖法：直接求出E(36第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型脈沖法升階法降階法第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型脈沖法升階法降階法37第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布活塞流模型①活塞流模型停留時(shí)間分布的特征就是同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的流體粒子也同時(shí)離開系統(tǒng)， 也就是說系統(tǒng)出口的流體粒子具有相同的壽命。顯然t=0時(shí)向活塞流反應(yīng)器的進(jìn) 口以δ函數(shù)的形式脈沖輸入示蹤劑時(shí)，則其出口中示蹤劑的濃度也呈δ函數(shù)的形 式。如下圖所示。②響應(yīng)曲線表示為E(t)曲線活塞流模型的停留時(shí)間分布密度函數(shù)為：第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型理想反應(yīng)器的停留時(shí)間38第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型應(yīng)用無因次時(shí)間時(shí)則為：無因次平均停留時(shí)間及方差為：全混流模型第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型應(yīng)用無因次時(shí)間時(shí)則為39第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型單調(diào)下降，t趨于無窮時(shí)，E(t)趨于0呈山峰形，或者兩頭低，中間高

一般情況下的E(t)一般情況下的F(t)第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型單調(diào)下降，t趨于無呈40第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型全混流停留時(shí)間分布的平均停留時(shí)間和方差為：

非理想流動(dòng)現(xiàn)象（1）滯留區(qū)的存在滯留區(qū)是指反應(yīng)器中流體流動(dòng)極慢以至于幾乎不流動(dòng)的區(qū)域，所以滯留區(qū)也叫死區(qū)。滯留區(qū)的存在使得一部分流體的停留時(shí)間極長(zhǎng)，其停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)圖的特征是拖尾很長(zhǎng)。第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型全混流停留時(shí)間分布的41第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型

連續(xù)釜式反應(yīng)器的流型應(yīng)與全混流相接近，但當(dāng)存在滯留區(qū)時(shí)其停留時(shí)間分布就會(huì)出 現(xiàn)如圖5.12所示的情況。由全混流的停留時(shí)間分布密度E(θ)=e–θ知，當(dāng)θ=0時(shí)，

E(θ)=1，而當(dāng)有滯留區(qū)存在時(shí)，θ=0時(shí)，E(θ)>1全混流有滯留區(qū)

（2）存在溝流和短路在固定床反應(yīng)器、填料塔以及滴流床反應(yīng)器中，由于催化劑顆粒或填料裝填不均勻，從

而造成一低阻力的通道，使得部分流體快速 地從此通道流過，而形成溝流。設(shè)備設(shè)計(jì)不良時(shí)會(huì)產(chǎn)生短路現(xiàn)象，即流體的設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間極短，例如，當(dāng)設(shè)備的進(jìn)出口離得太近時(shí)就會(huì)出現(xiàn)短路。若流動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生溝流或短路，則由實(shí)測(cè)的停留時(shí)間分布計(jì)算得到的平均停留時(shí)間要小于Vr/Q；有滯留區(qū)而無溝流或短路時(shí)，情況相反。第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型全混流有滯留區(qū) （242第五章停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型溝流兩個(gè)峰短路余弦曲線存在多峰

（3）循環(huán)流在實(shí)際的釜式反應(yīng)器，鼓泡塔和流化床都存在著流體循環(huán)運(yùn)動(dòng)。近年來人們還有意識(shí)地在反應(yīng)器設(shè)置導(dǎo)流筒，以氣提或噴射等驅(qū)動(dòng)方式以達(dá)到強(qiáng)化或控制循