连续流动反应器停留时间分布的测定

1、连续流动反应器停留时间分布的测定一、实验目的1、了解连续流动反应器内停留时间分布的含义及其产生的原因；2、加深对停留时间分布概念的理解；3、掌握如何应用停留时间分布的测定来描述反应器中的逆向混合情况；4、掌握停留时间分布的测试方法及其结果的处理。二、实验原理停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入注流体，在不影响主流体原有流动特性

2、的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c随时间的变化。整个过程可以用图2形象地描述。t=0图2脉冲法测定停留时间分布示意图由概率论知识可知，概率分布密度函数E就是系统的停留时间分布密度函数。因此，E(t)dt就代表了流体粒子在反应器内停留时间介于t到t+dt之间的概率。在反应器出口处测彳4的示踪剂浓度c与时间t的关系曲线叫响应曲线。由响应曲线就可以计算出E(t)与时间t的关系，并绘出E(t)t关系曲线。计算方法是对反应器作示踪剂的物料衡算，即Qc(t)dt=mE(t)dt(1)式中Q表示主流体的流量，m为示踪剂的加入量。示踪剂的加入量可以用下式计算在Q值不变的情况下，由(

3、1)式和(2)式求出:(2)1E得(3)关于停留时间分布的另一个统计函数是停留时间分布函数F，即(4)F(t)=fEdt用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，还需要引入另外两个统计特征值，即数学期望和方差。数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间t,即-tE(t)dt二(5)t二苦、0tE出方差是和理想反应器模型关系密切的参数。它的定义是：2二2_二t=0tE(t)dt-t0(6,_26_272对活塞流反应器5=0；而对全混流反应器5=t;对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用

4、多釜串联模型描述。多釜串联模型中的模型参,2数N可以由实验数据处理得到的J来计算。t2N=s当N为整数时，代表该非理想流动反应器可以用N个等体积的全混流反应器的串联来建立模型。当N为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以用不等体积的全混流反应器串联模型。三、实验装置装有二叶平桨的釜式反应器、储水槽、转子流量计、水泵、反应器、搅拌电机、示踪剂进样口、传感器四、实验步骤1、将总水阀打开，按下仪器的电源按钮及水泵按钮、调节流量开关，使充满反应器；2、调节流量计至所需流量；3、当流量稳定后，从示踪剂入口处用注射器快速注入1.5mlKCL。4、通过传感器测定出第三个反应釜出口处的电导率，并每隔3

5、0s采集一组数据五、实验数据3时间（min）00.511.522.533.544.555.5电导率Us/cm釜一274856727630553490442405378356337323釜二2754064735145295401517J497J478J4551429409釜三279P29232535040243114511463:469:469:464：292时间（min）66.577.588.599.51010.51111.5电导率Us/cm釜一312r304297292288281j279278:276275:274J274釜二39237536134833532431831030433832

6、2315釜三4554454334204093943813693583483383301212.51313.51414.515115.5116:16.5:17117.5釜三315310304298294291288286284282280279三 G1(t) =2625ZG2(t) =2999ZG3(t) =3004三tGi(t) -57 12三 tG2(t) =1 2 8 950三 tG3(t) =1 8 5 559三 t2G1(t) = 20617三 t2G2(t) =79776.75三 t2G3(t) =147586.25由以上数据可得-三tG(t)/t=得9二2.176t2=4.298t3=6.18三G2工t2G(t)-2222仃=-t得仃1=3.119仃2=8.126%=10.96EGt22N=7得N1=-=1.51N2=2.27N3=3.40,