化工基础实验II指导书 实验1 平推流反应器流动性能测试 一 实验目的.DOC

实验1 平推流反应器流动性能测试 一. 实验目的 了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。 掌握停留时间分布特征值的计算方法。 理解轴向混合模型，学会评价非理想流动的返混程度。 二. 实验原理 管式反应器是化工中常用的反应器。本实验装置可测定管式反应器中停留时间分布，将数据测量结果用轴向扩散模型来定量返混程度，从而加深对返混的认识和理解。 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。反混程度的大小，一般很难直接测定，通常是用物料停留时间分布的测定来研究。 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，可知： 由此可知E（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KCl作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定范围内，KCl浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化。 停留时间分布密度函数E (t) 在概率论中有两个特征值，平均停留时间（数学期望）和方差。 的表达式为： （1） 的表达式为： （2） 若采用无因次时间，可得无因次平均停留时间和无因次方差。 （3） 在测定了一个系统的停留时间分布后，如何评价其返混程度，则需要反应器模型来描述。这里我们采用的是轴向混和模型。 轴向混合模型是一种适合于返混程度较小的非理想流动的流动模型，它是在平推流的基础上再迭加一个轴向混合的校正。即： （4） 如写成无因次形式，利用，， 则： （5） 式中，称为Peclet准数，其物理意义是轴向对流流动与轴向扩散流动的相对大小，反映了返混程度。 当Pe→0时，对流传递速率较之扩散传递速率要慢得多，此属于全混流情况。反之，当Pe→∞时，即Da=0，这就变为活塞流情况。由此可见，Pe越大，程度越小。Pe也就是轴向扩散模型的模型参数。 之间的关系： （6） 因此只要测得系统的停留时间分布E (t) ,则可求出该分布的方差，利用式（6）即可求出模型参数Pe。 三. 实验装置 1. 实验流程示意图 管式反应器轴向混合测定实验流程示意图 2. 设备的主要技术数据 (1) 管式反应器直径50mm，高500mm。 (2) 转子流量计0.4-4.0 L/min (3) 离心泵WB50/025 操作步骤实验目的 1. 通过实验了解停留时间分布测定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. 学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性。 实验原理 在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关以外，还与反应物料在反应器内停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器时开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然对流动反应器而言，停留时间不像间歇反应器那样是同一个值，而是存在着一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。 停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。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1形象地描述。 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