实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定

1、2) 实验一连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定一、实验目的加深对停留时间分布概念的理解；掌握测定液相停留时间分布的方法；了解停留时间分布曲线的应用。了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N的物理意义及计算方法。了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。二、实验原理停留时间分布当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。停留时间分布和流动模型密切相关。流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0范围内变化。对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况

2、介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。停留时间分布密度函数E(t)停留时间分布密度函数E(t)的定义：当物料以稳定流速流入设备(但不发生化学变化)时，在时间t=0时，于瞬时间dt进入设备的N个流体微元中，具有停留时间为t到(t+dt)之间的流体微元量dN占当初流入量N的分率为E(t)dt,即(1)dN=E(t)dtNE(t)定义为停留时间分布密度函数。由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E(t)所确定。根据E(

3、t)定义，它必然具有归一化性质：I8E(t)dt=10不同流动类型的E(t)曲线形状如图1所示。根据E(t)曲线形状，可以定性分析物料在反应器(设备)内停留时间分布。平推流全混流非理想流动图1各种流动的E(t)t关系曲线图停留时间分布密度函数E(t)的测定停留时间分布密度函数E(t)的测定，常用的方法是脉冲法。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器(设备)内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q的示踪物时，经过tf(t+dt)时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时

4、间为t(t+dt)的那部分流体物料占总流体的物料的分率，即：L(t+dt)时间间隔流出的示踪物量L(t+dt)时间间隔流出的示踪物量t=0时刻注入的示踪物总量t=0时刻注入的示踪物总量亦即：V-C(t)-dt=E(t)dt(3)E(t)=V流体体积流量，(ml/s)Q加入的示踪物总量，(mg)C(t)示踪物的出口浓度，(mg/ml) 显然，若测得C(t)-t的关系，将C(t)乘以V，即得E(t)-t的关系。Q(4)E(t)的计算方法本实验用水为流体，以KCl为示踪物，用电导率仪测定示踪物KCl的浓度C(t)随时间的变化关系曲线。KC1的浓度经仪器转化为电讯号(以mv值显示)，电讯号的相对大小又

5、可以用相对长度(mm)来表示。如图2中的一条曲线是电讯号V(t)与时间t的关系曲线。设c(t)=kW)则由E(t)二Qc(t)得,E(t)=kV(t)Q则E(t)=kV(t)图2中，V(t)dtdAE(t)dtk二E(t)dtA丿；V(t)dt1LE(t)dtk0E(t)=dA_V(t)AdtAV(t)记录曲线图的纵坐标，mm；k比例系数；AV(t)t曲线下面的总面积，mms。由式(10)知，V(t)除以A即得E(t)。(5)停留时间分布密度函数E(t)的分析为了比较、分析不同流动状态下的E(t),般用散度(无因次方差)c2进行定0量比较。如，对于平推流，c2=0，对于全混流，c2=1，对于一

6、般流动0c2V1。00平均停留时间厂的计算：(4)-工tE(t)二工E(t)方差C2的计算t工12E(t)5)C2二-t2t乙E(t)散度(无因次方差)c2的计算0c2(6)O2=U0t2三、实验仪器及药品反应器：4个，110mm，H=120mm电导率仪：一台DDS-302B型搅拌器：4台水槽：1个计算机：1台KCl(分析纯)2.5N四、装置流程五、实验步骤示踪剂储槽清洗水储槽水槽泵图3釜式反应器停留时间分布测定装置打开控制柜总电源，之后打开电导率仪的电源开关，校正零点。将示踪剂倒入示踪剂罐中，备用。打开水龙头使水槽中充满水。启动离心泵，调节流量计的开度，是使流量达到适当值，让水充满4个反应釜

7、。打开个搅拌器开关，至于适当档位上，调节转速以达实验要求。打开计算机，进入四釜串联返混装置主画面，点击进入数据采集画面，设定电磁阀开时间，点开始键，待基线回到初始位置时，按停止键保存数据。加入相同量的示踪剂，分别改变水的流量和反应釜内的搅拌转速，重复以上操作。(7)实验结束，关搅拌器、电导率仪、计算机、总电源及水阀门。六、实验数据处理1、根据单釜、二釜、三釜和四釜的V(t)t曲线，将其换算成Et关系。并画出E(t)t曲线。2、检验E(t)数据的归一性。3、计算平均停留时间、方差和无因次方差。4、若用多级全混流串联模型描述该流动，计算模型中的釜数N。七、思考题影响多釜串联反应器停留时间分布的因素有哪些？根据实验测得的4釜、3釜、2釜及1釜的停留时间分布曲线，比较分析哪一种更接近理想全混流流动模型？对于4釜串联的情况，多级全混流串联模型中釜数N是否等于4?若不等于4,请说明原因，并说明如何操作能是N尽量接近于4。八、自测题下图的四条实验曲线中，你认为哪条是单釜的曲线?哪条是四釜串联的曲线?