实验七管式循环反应器停留时间测定

--可修遍-实验七管式循环反应器停留时间测定目的及任务实验目的了解连续均相管式循环反应器的返混特性；掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法；分析观察连续均相管式循环反应器的流动特性；研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数口。1.2.实验任务用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布；改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度；观察循环反应器的流动特征。2.基本原理停留时间分布的实验在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器有足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。在连续流动的反应器，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比口为：循环物料的体积流量♦一离开反应器物料的体积流量循环比R是连续均相管式反应器的重要特征，可自零变至无穷大。当R=0时，相当于平推流管式反应器。当R=8时，相当于全混流反应器。因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比口，得到不同返混程度的反应系统。一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同

的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后,在系统的入口处瞬间注入一定量Q的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。由停留时间分布密度函数的物理含义及物料衡算，可知TOC\o"1-5"\h\zQ-f(t)dt=V-C(t)dt ⑴示踪剂加入量符合Q=>VC(t)dt (2)0由(1)与(2)可得停留时间分布密度函数f()_VC()_C(t)\vrc(t)dttJcQht ⑶0 0由此可见f(t)与示踪剂浓度C(t)成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以饱和《1作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定围，KCl浓度与电导值1成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即f(t)xL(t),这里L(t)=L—L,t8L为t时刻的电导值，L为无示踪剂时电导值。t 8停留时间分布密度函数f(t)在概率论中有二个特征值，即平均停留时间(数学期望)t和方差o2。t与O2的表达式为:t t\tC(t)dt(4)(5)(6)(7)t二Jf(t)dt二(4)(5)(6)(7)0 Jc(t)dt0=j8(t—t)f(t^)dt=f*12f(tdt—12采用离散形式表达，并取相同时间间隔At,则:t_£tC(t)At_£t.L()一£C(t»t—£Lt)£12c(t)(.)£12L(t).o2= —VJ2= -t2t £CV) £Lt)若用无因次对比时间°来表示，即9=/〃，无因次方差O2=02.12。- et-在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评介其返混程度，则需要用反应器模型来描述，这里我们采用的是多釜串联模型。所谓多釜串联模型是将一个实际反应器中的返混情况作为与若干个全混釜串联时的返混程度等效。这里的若干个全混釜个数口是虚拟值，并不代表反应器个数，口称为模型参数。多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以推导得到多釜串联反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差02与模型参数n存在关系为1n二—— (8)02e当n=1，O2=1，为全混釜特征；当n-8,O2f0,为平推流特征；ee这里口是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。

装置和流程装置流程连续助相管式反应>电导仪!楣环垦连续助相管式反应>电导仪!楣环垦操作要点准备工作示踪剂饱和氯化钾溶液400ml以上（瓶装）；500ml烧杯2个，将瓶中饱和氯化钾上清液小心倒入烧杯中约200ml（半杯），尽量防止倒入氯化钾结晶；5ml注射器4只，两用两备，7号注射器针头4只，两用两备；熟悉流量计与流量控制，熟悉循环泵与循环比的调节；熟悉注射器进样操作，使用清水模拟操作；熟悉“管式循环反应器”计算机数据采集系统的操作，演练“开始—结束—保存—打印”。实验步骤.通水，开启水开关，使水充满反应管并从塔顶稳定流出，调节进水流量为15L/乩保持流量稳定。.通电，开启电源开关。（1）打开计算机数据采集系统，设定参数值，进入预备状态界面；（2）开电导仪，调整好，以备测量；.不循环条件（口=0）,待系统流量稳定后，用注射器迅速注入1ml示踪剂KCl饱和溶液，同时按计算机数据采集系统的“开始”键，记录电导率随时间变化轨迹；.当计算机画面显示的电导率值在2min觉察不到变化时，即认为终点已到，按“结束”键，同时保存并打印结果。.打开循环泵，分别调节循环流量令口=5、10,待流量稳定后，重复3、4过程；.关闭仪器，电源，水源，排清反应器中料液，实验结束。注意事项.整个实验过程，要注意控制流量稳定；.示踪剂饱和a1溶液需一次迅速注入（例如1-3秒之）；.用注射器抽取饱和《1溶液时，注意不要抽到底层KCl结晶，以免堵塞针头；如果针头堵塞，切勿强推注入，而应拔出重做；.一旦失误，应该等示踪剂出峰全部走平后重做，或在老师指导下，把水全部排放后置换清水重做。实验数据与数据处理实验原始数据停留时间分布实验单管实验2X）17-09-2^爵优符号-附间曲线Wesin阁4KWfl6008.团剪脂tW?0g「:W.ii-'Ji'j.融a&g.lUHi观“二归J品却fij.）二蜕1it：'.J1AM也绡讥同.比?川it'.通间//■rK湍侬口⑼宾险的果产却曲序时越厅书而国忒方姓，\!解不比人百a。2.t）（/i9.0僧¥间分6单管实验“R「丁画＞1/㈤丁市内◎赭股病，白；-训必也。心出也阳3小娘"门*?/.935&1E邮二,七翻制:。侬『士W/.S由那岭和北小W.。阳J73?邙02建心Jsrfdit)fW.4?骷演浦凛婿3遍您附』雌4?注了晶m_27M廿也.心◎附式"呵捌的4颂：四整；0t7f.J.W当桎僦谊.愉苑atWJ.47经7臼？35@•B2上限1(Wft/溟29理&打：破-簿胃业S?二&G2.275&■,?-帅同&2.冷髓阳网47iUJLW■》0打上侬於80的收步曲丽段「''四讪0J22.。侬ftlW仇？归25武麟结义a.训』1.(J7“G「由力J门配Jfer.JMl1.4?凡3柳/ti6265fi2碎M小忍"阳罪"ir6VJJ侬Ml峭J.仆注5*设，N侬w也d的1□咖《尔J•陋GISWM1IL!..^J£l机kM4?t虱期/口Nf翘索30典S&47双168&?J6f93侬Ji加@1r塔小优工楣曲r侬，试黑惘WJ二界侬斜"冏5&2.£，沆JM纪.4?反弹MHI走「浓。*£、#优£JWawf&/，附打身.<!,ta七＞"手mg初口。上海门困6卜抻■?7wtr阳JJW山火.■&出r；W的3田的。刘泗:炉位界的口*、「&1汨髓◎切卡以5WP5?幽EU0¥均产阳时物314无因故t-；；0.总用\!J.59实验数据处理序号R=0R=5R=10L 1 t*L 1 t2L 1 L 2 t*L 2 t2L 2 L 3 t*L 3 t2L 3 10.000000.000002.39933.586470.20420.0020.0160.1280.000004.111119.2193457.35130.000002.80267.2481613.9520.65828.9521273.8884-0.001-0.016-0.2562.98995.6483060.7360.57033.631984.1750.000000.2098.36334.41.708124.6849101.93260.0020.0481.1520.0231.10452.9922.290201.5217733.76

70.000000.0563.136175.6161.529157.48716221.1680.000001.685109.5257119.1250.82196.05711238.6790.000002.200160.611723.81.109146.38819323.22100.000000.60949.3293995.6491.469215.94331743.62110.000000.13712.1931085.1771.251201.41132427.1712-0.001-0.049-2.4010.14213.7741336.0780.938165.08829055.4913-0.001-0.053-2.8091.093114.76512050.330.852162.73231081.81140.000001.655187.01521132.70.970198.8540764.2515-0.001-0.061-3.7210.79096.3811758.361.025225.549610160.0060.43831.9741.090161.3223875.360.746197.6952387.85170.41535.2752998.3750.20936.5756400.6250.705219.25568188.31182.384231.24822431.060.655132.3126726.620.623222.41179400.73193.372370.9240801.20.514117.70626954.670.545219.0988074.18202.299280.47834218.320.23560.1615400.960.497222.65699749.89211.150154.120649.40.420118.8633637.380.456224.808110830.3220.45366.1389656.1480.27986.4926811.90.424228.536123180.9230.19430.6524843.0160.20468.74823168.080.369215.865126281240.07412.6542163.8340.25291.47633205.790.360226.8142884250.0346.2221138.6260.17668.6426769.60.342231.192156285.8260.0173.315646.4250.15464.21826778.910.331238.651172067.4270.0081.664346.1120.16171.48431738.90.322246.974189429.1280.0071.54338.80.10549.45523293.310.311252.843205561.4290.0030.696161.4720.09848.80424304.390.307263.406226002.3300.0020.488119.0720.08846.2242550.302273.008246799.2求和10.4181195.713140535.919.0302141.523448760.428.3405594.2322382609T平均方差无因次方差NR=0114.774316.7060.024041.5938R=5112.53410917.8210.86211.15993R=10197.39745106.7131.15760.863853数据处理举例（以口=0为例）计算基准：2.092 L=V-2.092平均停留时间：i=JC'飞t=St'L^t^=1195.713/10.418=114.774S£C\t)At £L\t)£t2C(t)J\ £t2L(t).O2= (-)—V少= (-)it2方差：t £Ct £Lt =140535.9/10.418-114.7742=316.706无因此方差：°；=°t；t2=316.706/114.7742=0.02401n=——模型参数由(2=1/0.02