连续流动反应器停留时间分布的测定

连续流动反应器停留时间分布的测定 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(t)随时间的变化。整个过程可以用图2形象地描述。 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(t)就是系统的停留时间分布密度函数。因此，E（t）dt就代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。 在反应器出口处测得的示踪剂浓度c(t)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 　　　　　　　　　m= 　　　　　　　　　　（2） 在Q值不变的情况下，由（1）式和（2）式求出： 　　　　　　　　　E（1）＝ 　　　　　　　　　　　（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(t),即 　　　　　　　　　F（t）＝ 　　　　　　　（4） 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 ,即 　　　　　　　（5） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数。它的定义是： 　　　　　　　　（6） 对活塞流反应器 ；而对全混流反应器 ；对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜串联模型描述。多釜串联模型中的模型参数N可以由实验数据处理得到的 来计算。 N＝ 　　　　　　　　　　（7） 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、工艺流程说明及操作面板 检查设备安装无误后，将水打入储槽，保持水位恒定.，月阀门使水充满反 应釜，用转子流量计调节水的流量，保持流量稳定。通电，开启电源，开启动搅 拌器，并注意控制转速稳定。开启电导电极按钮。待绘出稳定直线(五比时在基 线位置)后，同时此时刻的位置。 五操作步骤 1、​ 准备工作 (1)开工前明确试验任务、目的和意义。明确试验条件、分析项目及注意事项。 (2)连接好入水管线，打开自来水阀门，通过观察水槽上的液位计将进料 水槽和进料水泵灌满水，启动进料水泵，向反应釜内注水，以排尽泵、反应釜和管线内的气体。 (3)按实验调节水的流量(30-60L/i} )，再由釜底排水阀调节釜内液 以每个釜出口高度为准。 (4)检查电极导线连接是否正确。启动电路控制器、电导率仪和电子计算 机，并调好数据采集程序。调节和校正电导率仪，直至屏幕上显示的电导率值稳定。(注:初次使用应对电导电极参数进行设定) (5)配KCl饱和溶液，使用注射针管反复吸取饱和溶液，进行气处理.最后将汁纲针竹吸满待用。 2.测定停留时间分布 (1)分别开启饭1,釜2,釜3搅拌马达开关，后再调节马达转速的按钮使三釜,:搅拌在200转左右。 （2）用射针管将适量示踪剂( KCl饱和溶液)迅速由1釜的主入口，同时开始计时。 每三十秒记录一次釜1、2、3的电导率。 （3）电导率再次回到初值时停止记录。 3.停工 (1)先关闭计算机，再关闭电导率仪，并将转数缓慢调至零，最后关闭电 路控制器的电源; (2)先关闭泵的出口阀，最后停泵;如长期停止实验，通过放空阀将水槽 和泵中液体全部放掉。 (3)将反应釜内液体全部排尽，使用去离子水冲洗电导电极; (4)关掉装置总电源; 六、实验数据 时间（min） 0 0．5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 电导率 US-1 第一 275 715 618 540 482 434 397 369 349 333 319 309 第二 275 384 446 478 485 480 466 429 410 391 375 359 第三 10 28 155 368 400 423 437 443 443 438 429 417 时间（min） 6 6．5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 电导率 US-1 第一 301 295 290 287 284 281 279 279 278 277 276 276 第二 346 334 325 317 309 303 298 294 290 287 283 281 第三 404 391 379 366 355 342 335 326 318 311 306 301 电导率 US-1 第一 276 275 第二 280 279 278 278 277 276 276 276 276 275 第三 296 292 290 285 283 281 280 279 279 278 278 277 六、实验结果及讨论 结果： 1=45432.5 1=8818 2=89525.5 2=11693 3=109432 3=12090 第一釜t1=5.15 min 第二釜t2=7.66 min 第三釜t3=9.05 min 1、不同停留时间的离子之间的混合叫做返混。 2、测定停留时间分布的方法有脉冲法、阶跃法等。 3、注入示踪剂时与电脑点击的时间同步。