停留时间分布综合实验解析.docVIP

停留时间分布综合实验 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.了解多级混合釜特性。 了解和掌握停留时间分布函数的基本原理了解停留时间分布与模型参数的关系了解和掌握模型参数的物理意义及计算方法。 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) 可以用其他量表示为 (2) 其中：Q0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。 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△ti是两次取样时间，若等时间间隔取样， (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) 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，去离子水。 四、实验装置原理图 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 1、安装实验装置 2、测定不同浓度下KCl电导率的标准曲线（最大值为2mS）.计算对示踪剂注入量，并根据反应器体积计算KCl溶液的浓度范围是否在可测量范围。 3、选择合适的流量，将平均停留时间保持在10－20min，注入适量的示踪剂，测定单釜不同时间的电导率值，绘制单釜停留时间与电导关系曲线，计算停留时间分布函数及停留时间分布密度函数。 4、选择合适流量，将平均停留时间保持在10－20min，注入适量的示踪剂，测定两釜并联条件下的电导率值，计算并绘制单釜及两釜并联的停留时间与电导关系曲线，计算停留时间分布函数及停留时间分布密度函数。 5、按4进行两釜串联实验。 6、改变空时，按5进行实验。 7、将KCl改为NaCl进行上述实验 8、测定管式反应器的停留时间分布曲线，并计算停留时间分布函数及密度分布函数。 9、计算上述不同实验中的非理想程度，用多釜串联模型参数表示。 以KCl为例说明测定步骤开启阀门使水流反应釜。启动拢拌马达, 控制水流量，记录反应器空时(空时设定为min左右)。 在反应器入口处，用注射器，将已知浓度KCl 溶液迅速注入反应器，以注入KCl时刻为时间原点，秒钟为时间间隔，记录反应器出口溶液电导率值，根据工作曲线，换算KCl浓度浓度随时间变化曲线。待电导率值接近水电导率值并稳定不变后，该组实验结束。Kcl电导-浓度标准曲线 摩尔浓度c(mol/L) 电导率L(μs/cm) 0.0224 3150 0.0112 1853 0.0056 1188 0.0028 854