釜停留时间分布的测定.doc

停留时间分布的测定 一、 实验目的 1. 了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法； 2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法； 3. 了解学会用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性。 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。常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、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主体流，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1形象地描述。 　 示踪剂检测 示踪剂加入 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　Ｑ　　　　　 ∞　　　 Q 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 (a) 脉冲输入法 c0 c0 C C t=0 t (b) 脉冲输入 (c) 出口响应 图1 脉冲法测停留时间分布 脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。若加入示踪剂后混合流体的流率为Q，出口处示踪剂浓度为C（t），在dt时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt，由E(t)定义知E(t)dt是出口物料中停留时间在t与t+dt之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m 对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即 　　　　　　　　　　　　　　　 （１） 示踪剂的加入量可以用下式计算 　　　　　　　　　　　 （２） 在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出： 　　　　　　　　　　　 　 （３） 　　关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即 　　　　　　　　　 （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） 若采用无因次方差则有2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。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（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、实验设备的特点 本实验装置数据稳定,重现性好, 使用方便，安全可靠。 本装置设备紧凑，功能齐全。 四、装置、流程及试剂 图2 停留时间分布装置图 反应器为有机玻璃制成的搅拌釜。其有效容积为1000ml。搅拌方式为叶轮搅拌。流程中配有四个这样的搅拌釜。