十四连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布.doc

管式反应器流体停留时间分布－实验指导书 一、实验目的 1．了解连续流动的管式反应器的结构、流程和操作方法； 2．掌握管式反应器中流体流动模型和模型参数的测定方法； 3．掌握两种测定停留时间分布的实验技术。 二、实验原理 本实验采用脉冲法和阶跃法两种方法测定流体在反应器中的停留时间分布。 1. 脉冲法 脉冲法，即在设备入口处，向主体流体瞬间注入少量示踪剂，与此同时，在设备出口处检测得到示踪剂的浓度c(t)随时间t的变化曲线，该曲线可以直接转换为停留时间分布密度E(t)对时间t的关系曲线。从实验测得的E(t)-t曲线，可以判断流体流经反应器的流动状况。停留时间分布属于随机变量的分布，除了用直观曲线描述外，通常还可采用数学平均值和方差等来表征分布的特征。 （1）平均停留时间 流体流经反应器的平均停留时间定义式为： 则采用数值积分计算，表达式为： 若取等时间间隔，则Δ 若取等时间间隔， 则Δti = Δt， 又 可以看出 的计算表达式为 本实验以水为主流流体，氯化钾饱和溶液为示踪剂。当水的进出口体积流速恒为Vs，示踪剂的注入量为n0时，则停留时间分布密度与示踪剂浓度呈正比，而溶液电导率与KCl溶液浓度c(t)呈正比，故停留时间分布密度与电压输出值存在如下正比关系： k为换算系数，在一定测试条件下为一常数。 （2）停留时间分布的方差 停留时间分布的方差是反映流体流经反应器时，停留时间分布的离散程度，即返混程度大小的特征数。停留时间分布方差的表达式为： 如果采集等时间间隔的离散数据，则： （3）无因次停留时间分布的方差 无因次停留时间θ的定义式为：，以无因次停留时间的方差与之间存在如下关系： （4）流动模型与模型参数 单釜或多釜串联的连续流动搅拌釜式反应器的理想流动模型的检验，或非理想流动反应器偏离理想流动模型的程度，一般常采用多级全混流模型来模拟实际过程。该模型为单参数模型，模型参数为虚拟的串联级数N。 由多级全混流反应器物料衡算可导出其停留时间分布密度的数学表达式，即 由停留时间分布方差和上式求解可得到模型参数： 或 当实验测得模型参数值与实际反应器的釜数相近时，则该反应器达到了理想的全混流模型。若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型，则可用多级全混流模型来模拟其返混情况，用其模型参数N值来定量表征返混程度。 2. 阶跃法 阶跃法，即在设备入口处，瞬间将原主体流体切换为踪剂溶液，与此同时，在设备出口处检测得到示踪剂的浓度c(t)随时间t的变化曲线，该曲线可以直接转换为停留时间分布函数F(t)对时间t的关系曲线。 （1）平均停留时间 流体流经反应器的平均停留时间定义式为： 若取等时间间隔，即Δti = Δt，则 由 可知F(t)计算式为 (2) 方差 进样器进样口 进样器 进样口 H2O H2O 电导记录仪 四、实验步骤 1．试验前的准备工作 (1) 将循环水槽和循环水泵灌满水，启动循环水泵，排尽泵内和管线内的气体； (2) 将管路方向阀门调至“管式反应器”，流体选择阀门调至“水”； (2) 按试验计划调节水的流量（10-20 L/h）。 (3) 启动电路控制器、电导仪和电子计算机，并调好数据采集程序。调节和校正电导仪，直至屏幕上显示的信号值稳定。 2．测定停留时间分布 脉冲法 (1) 用注射器将适量示踪剂，迅速由管底部的注入口注入管内。同时，在计算机键盘上按下数据采集按钮。（示踪剂注入量约为0.5ml）。 (2) 当采集的电压值再次重复出现初值时，按下终止采集数据的按钮,终止采集。将采集的数据赋予文件名存盘待用。 (3) 改变水的流量，按上述实验步骤重复实验（可选操作）。 阶跃法 (1) 将示踪剂加入示踪剂溶液水槽，混合均匀； (2) 开启示踪剂输送泵，调整流量使之与水的流速相同，将流体选择阀门调至“示踪剂”，同时，在计算机键盘上按下数据采集按钮。 (3) 当采集的电导信号值趋于水平时，按下终止采集数据的按钮，终止采集。将采集的数据赋予文件名存盘待用。 (3) 改变水的流量，按上述实验步骤重复实验（可选操作）。 3.实验结束工作 (1) 先关闭计算机，在关闭电导率仪，最后关闭电路控制器的电源。 (2) 先关闭进水调节阀，打开管底出口阀，最后停泵。 (3) 将泵内液体全部排尽。 4．试验注意事项 (1) 实验过程中，要保持水的流量稳定，若流速度不能维持恒定，则需检查是否有漏气的地方。 (2) 实验过程中要保持操作条件恒定和测试仪器性能稳定。每次实验前，须检查校正电导率仪指针的零点和满量程；保持电极插头干净，用前最好用丙酮擦拭干净，防止电极上气泡的形成，一旦有气泡必须及时清除，否则会影响测量的准确性和稳定性，以致造成实验的失败。 五、实验记录 1．记录实验设备与