Chuong 6 dong chay thuc

Chương 6:
Dòng chảy thực

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

1


Những sai lệch so với mô hình lý tưởng có thể ng sai lệch so với mô hình lý tưởng có thể ch so với mô hình lý tưởng có thể i mô hình lý tưởng có thể ng có thể

là:

 Dòng chảy tắt của lưu chất
 Sự tuần hòan của lưu chất
 Các vùng tù đọng trong thiết bị

 Trong tất cả các lọai thiết bị thực hiện quá trình

truyền nhiệt, truyền khối, kỹ thuật phản ứng… nếu
có các hiện tượng trên sẽ làm giảm khả năng họat
động (hiệu suất) của thiết bị.
 Mục đích của chương này là đánh giá định lượng
ảnh hưởng của các sai số trên lên độ chuyển hóa.

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

2

Những sai lệch so với mô hình lý tưởng

06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

3


1. KHÁI NIỆM VỀ KHUẤY TRỘN VÀ MÔ HÌNH
3 phương pháp ước tính các sai số so với lý tưởng:
Xác định sự phân phối thời gian lưu thực tế (thích hợp cho
thiết bị phản ưng dạng ống, chảy dòng và phản ứng bậc
một).
2) Mô hình phân tán theo phương trục (thích hợp cho thiết bị
phản ứng có chế độ chảy rối)
3) Mô hình hệ nhiều bình khuấy bằng nhau mắc nối tiếp
* Một mô hình khác là thiết bị phản ứng dạng ống có dòng
hòan lưu.
1)

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

4

Thiết bị phản ứng dạng ống có dòng hòan lưu

06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

5


2. SỰ PHÂN BỐ THỜI GIAN LƯU CỦA LƯU
CHẤT TRONG BÌNH
Xét dịng chảy ổn định, khơng có phản ứng và sự biến đổi khối
lượng riêng của phân tố lưu chất qua thiết bị. Thời gian thu gọn
là một biến số không thứ nguyên được định nghĩa như sau:

t t vt
   
t  V
với :
t - là thời gian phân tố lưu chất đi qua thiết bị.

t gian lưu trung bình
- thời
θ - thời gian thể tích

06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

6

a) Hàm phân bố thời gian lưu của lưu chất ôû trong bình
(đường cong I)ng cong I)

Ký hiệu I được dùng để chỉ độ đo sự phân bố thời gian
lưu của lưu chất trong bình: là phần lưu chất có thời
gian lưu trong bình từ θ đến θ+dθ.dθ.
Vì tổng tất cả các phần lưu chất bằng một nên tổng này
bằng tổng diện tích bên dưới đường cong I theo θ.


I
d


1

0



1

I
d


1




I
d



1
06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

0

7


b) hàm phân bố thời gian lưu trong bình của
lưu chất trong dòng ra (đường cong I)ng cong E)
E là độ đo sự phân bố thời gian lưu trong bình của tất
cả các phân tố của dòng lưu chất rời khỏi bình: là
phần lưu chất trong dịng ra có thời gian lưu trong
bình từ θ đến θ+dθ.dθ.


E
d


1


0



 2

E
d


1



E
d



 2
06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

0

8

Hàm phân bố thời gian lưu của lưu chất ở trong
bình

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

9


3. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Các dạng tín hiệu kích thích (stimulation) – đáp ứng (response)
thường sử dụng

06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

10


Đường cong F
Hình 6.5. Đường cong F biểu
diễn đáp ứng tại dịng ra
cho tín hiệu bậc tại đầu vào

Đường cong C
Hình 6.6. Đường cong C biểu
diễn đáp ứng tại dịng ra cho

tín hiệu xung tại đầu vào

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

11


Quan hệ giữa các đường cong F, C, I và E
Giả sử rằng tín hiệu được đưa vào tại thời điểm t = 0 thì tại thời điểm t bất kỳ
cân bằng vật chất cho bình là:
åg  lûu lûún
åg chêtëchó  lûu lûún
åg chêë
t
 lûu lûún

 
 

thõra khỗ
i
y
 chêtëchóthõ 
   chóthõtđch l
 vâ
  trong bịnh 
o bònh  
bònh


 


và tại thời điểm θ
âg ra cố 
 phêìn chêtëchóthõ  phêìn lûu chêtëtrong don

 

trong
don
â
g
ra
thúi
â
gian
lûu
trong
bị
nh
nho
ã
hún


 



F  I 1

F 1  I  Ed  Cd


o

C E

06/08/2023



C E 

Chương 6 - Dòng chảy thực


o

dF
dI

d
d

12

4. SỬ DỤNG CÁC THÔNG TIN PHÂN
PHỐI THỜI GIAN LƯU
1) Hệ phi tuyến không có mô hình dòng

chảy
2) Hệ phi tuyến với mô hình dòng chảy
3) Hệ tuyến tính với mô hình dòng
chảy: Mô hình dòng chảy được sử
dụng để tiên đóan độ chuyển hóa
cho hệ tuyến tính
06/08/2023

Chương 6 - Dòng chảy thực

13


Cả hai mô hình cho tín hiệu đáp ứng giống
nhau và tác động tương tự cho phản ứng bậc 1,
nhưng có tác động khác nhau với phản ứng có
tốc độ không tuyến tính theo nồng độ

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

14


Thí dụ 6.1:

Bảng 6.1: Kết quả đáp ứng của tín hiệu xung
Thời gian t, ph
Nồng độ chất chỉ thị, g/lít

06/08/2023

0

0

5

3

10

5

15

5

20

4

25

2

30

1

35

Chương 6 - Dòng chảy thực

0

15


Diện tích bên dưới đường cong nồng độ theo thời gian

Q =

 Ct (3  5  5  4  2  1)5 100g.ph / l

E ( t) 

1 C
E (t) C(t) 

t C0

C
Ct



t, ph
0
C
E(t) = , ph 1 0
Q

10

15

20

25

30

0,03

0,05

0,05

0,04

0,02

0,01

 tC
C

(53)  (10 5)  ...  (130) 300

15ph
3 5 5 4  21
20

06/08/2023



5

Để nhận được E, đổi t thành t 

t

C
C
=
Ct
Q

Chương 6 - Dòng chảy thực

t
t
  

t 15

E  tE (t) 15E (t) 

15C
Ct



16


Đường biểu diễn E theo t (trái) và theo è (phải)

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

17


Thí dụ 6.2
Lập bảng và vẽ hàm phân phối I cho thí nghiệm trong ví dụ 6.1


I 1 

Ed 1   E.
0

i

i

Ei

0

0

0

1

1
3

0,45

2

2

0,75

3

06/08/2023

I 1 

 E
1

0,075

0,925

0, 75  0, 45 1
. 0, 200
2
3

0,275

0,725

0,75

0, 75  0, 75 1
. 0, 250
2
3

0,525

0,475

3

0,60

0, 60  0, 75 1
. 0, 225
2
3

0,750

0,250

3

0,30

0, 30  0, 60 1
. 0,150
2
3

0,900

0,100

2

0,15

0,975

0,025

1,000

0

3

1
4

5

5

7

 E
0

4

6

Ei  Ei 1
(i  i 1)
2
0
0, 45  0 1
. 0, 075

2
3

Ei 

7

3

0

0,15  0, 30 1
. 0, 075
2
3
0  0,15 1
. 0, 025
2
3

Chương 6 - Dòng chảy thực

18


Hình 6.10. Ví dụ 6.2

06/08/2023

Chương 6 - Dịng chảy thực

19


6. XÁC ĐỊNH ĐỘ CHUYỂN HÓA TRỰC TIẾP TỪ
THỰC NGHIỆM
Quá trình tuyến tính

CA 

t 

t0 CA E  t  dt

Với phản ứng bậc một có –rA=kCA và có khối lượng riêng không đổi

ln

CA
 kt
C Ao
06/08/2023

hay C A C Aoe kt



CA
 e kt E  t  dt
C Ao


0

Chương 6 - Dòng chảy thực

20