能源化工行业停留时间分布综合实验化工班第四小组.pdf

（能源化工行业）停留时间 分布综合实验化工班第四 小组 第 1 页 共 23 页 停留时间分布综合实验报告 指导老师：刘秀军 实验成员 王刚 罗丹 叶佳义 王凯 王静 邓超超 实验地点：实训中心D310 试验时间 2013.10.14-10.18 第 2 页 共 23 页 一、实验目的 1.掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布及数据处理方法； 2.了解和掌握停留时间分布函数的基本原理； 3.了解停留时间分布与模型参数的关系； 4. 了解多级混本实验通过单釜、多釜及管式反应器中停留时间分布的测定，将数据计算 结果用多釜串联模型来定量返混程度，从而认识限制返混的措施和釜、管式反应器特性； 5.了解和掌握模型参数N 的物理意义及计算方法。 二、实验原理 在连续流动反应器中，由于反应物料的返混以及在反应器内出现的层流，死角，短 路等现象，使得反应物料在反应器中的停留时间有长有短，即形成停留时间分布，影响 反应进程和最终结果。测定物料的停留时间分布是描述物料在反应器内的流动特性和进 行反应器设计计算的内容之一。 停留时间分布可以用停留时间分布密度函数 E(t)和停留时间分布函数 F(t)来表示， 这两种概率分布之间存在着对应关系，本实验只是用冲脉示踪法来测定 E(t) ，利用其对 应关系也可以求出 F(t)来。函数E(t)的定义是：在某一瞬间加入系统一定量示踪物料， 该物料中各流体粒子将经过不同的停留时间后依次流出，而停留时间在[t ，t+dt]间的物 料占全部示踪物料的分率为 E(t)dt 。根据定义，E(t)有归一化性质 (1) E(t)可以用其他量表示为 (2) 其中 Q 主流体体积流量，M 为示踪物量，c(t)为 t 时刻流出的示踪剂浓度。 0 对停留时间分布密度函数 E(t)有两个重要概念，数学期望和方差，它们分别定义为 E(t)对 原点的一次矩和二次矩。 当实验数据的数量大，且所获样品是瞬间样品，即相应于某时刻t 下的样品，则 (3) (4) 式中△t 是两次取样时间，若等时间间隔取样， i (5) 对恒容稳定流动系统有 (6) 为了使用方便，常用对比时间来代换 t ，经这样变换后，有以下关系 (7) (8) 对全混流，对活塞流，对一般情况。 用无因次来评价反应器内的流动状态比较方便，一般可将实际反应器当做多级串 联釜式反应器加以描述，并认为每级为全混流反应釜，各级存料量相等，级间无返混。对多 级全混釜有（N 为串联全混釜的个数） (9) 三、实验仪器、设备和试剂 釜式反应器(两个) 、管式反应器、水泵、转子流量计，阀门，管线若干，电导率仪三台， 分析天平；KCl 。 四、实验装置原理图 4 13 6 15 1-水槽；2－磁力泵；3－调节阀；4－三通阀；5－注射器；6 、10 、11 、16－球阀； 7 、8－反应釜；9 、12 、13－电导率仪；14－转子流量计；15－废液槽 五、实验内容 时间 实验内容 2013. 上午 依照实验讲义自行设计组装实验装置 10.14 下午 调试实验装置，对不足之处进行改进 选取水的流量 Q=2L/h,将平均停留时间保持在 10-20min ，注入饱和KCl 溶 上午 液示踪剂 1.5ml ，记录单釜不同时间的电导率值 2013. 选取水的流量 Q=2L/h,将平均停留时间保持在 10-20min ，先注入饱和KCl 10.16