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第五章 停留时间分布与反应器流动模型
重点掌握：
? 停留时间分布的实验测定方法和数据处理。 ? 理想反应器停留时间分布的数学表达式。 ? 返混的概念。
? 非理想流动模型（离析流模型、多釜串联模型和扩散模型）的模型假定与数学模型
建立的基本思路，模型参数的确定。
? 利用扩散模型和多釜串联模型的反应器计算。
深入理解：
?
停留时间分布的概念和数学描述方法。
? 停留时间分布的数字特征和物理意义。
广泛了解：
? 流动反应器中的微观混合与宏观混合及其对反应器性能的影响。
停留时间分布与流动模型
对于连续操作的反应器,组成流体的各粒子微团在其中的停留时间长短不一，有的流体微团停留时间很长，有的则瞬间离去，从而形成了停留时间的分布。正如前面针对理想流动反应器的分析，停留时间分布的差异对反应系统的性能有很大影响，值得进一步深入探讨。 全混流和活塞流模型对应着不同的停留时间分布，是两种极端的情况，实际反应器中的流动状况介于上述两种极端情况之间。本章将针对一般情况讨论停留时间分布及其应用问题，对于实际反应器的设计与分析非常必要。 具体内容包括：
停留时间分布的概念与数学描述
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停留时间分布的统计分析
理想流动反应器的停留时间分布
非理想流动现象分析发
几种常见的非理想流动模型 非理想反应器设计与分析
流动反应器中流体的混合及其对反应器性能的影响
第一节 停留时间分布
一、举例说明
停留时间及其分布
? 间歇系统：不存在RTD； ? 流动系统：存在RTD问题。
可能的原因有：
? 不均匀的流速（或流速分布） ? 强制对流
? 非正常流动-死区、沟流和短路等
流动状况对反应的影响
釜式和管式反应器中流体的流动状况明显不同，通过前面对釜式和管式反应器的学习，可以发现：
? 对于单一反应，反应器出口的转化率与器内的流动状况有关；
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? 对于复合反应，反应器出口目的产物的分布与流动状况有关。
二、寿命分布和年龄分布
区别在于：前者指反应器出口流出流体的年龄分布，而后者是反应器中流体的年龄分布。
三、系统分类
系统有闭式系统和开式系统之分。闭式系统具有闭式边界，即进口和出口没有返混。反之，则为开式边界。
四、 RTD的应用
? 对已有设备的RTD诊断，发现可能的问题； ? 设备的设计与分析，建立适当的数学模型。
五、RTD的数学描述
将失踪颗粒（比如带颜色的小球等）一同加入流动系统中，假定流体微团和失踪颗粒性质相同，这样失踪物的停留时间分布即可认为是研究流体的停留时间分布。在设备出口观察失踪颗粒在设备中的停留时间，比如得到了下图所示的分布图。那么，在时间 内流出的失踪物占总失踪物的百分数为 。 为停留时间分布密度，单位是。 停留时间分布密度具有如下的特性： 和
（归一化的结果）
图 5.1 流体的停留时间分布图
停留时间分布函数可以定义为：停留时间小于某一时刻的流体在总流体中所占的分率，可表示为：
其具有如下特性：
和
也可以用无因次时间来表达停留时间分布函数和分布密度，令 其中，平均停留时间为 （对于闭式系统，而且流体不可压缩）。这样根据停留时间分布密度的定义，有
这是因为 和 时间间隔内流体流出设备的分率是一回事。另外，还有 但
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第五章 停留时间分布与反应器流动模型
