连续流动反应器中的返混测定-化学工程学院.pdf

连续流动反应器中的返混测定 一、实验目的 本实验通过单釜与三釜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。 (1)掌握停留时间分布的测定方法。 (2)了解停留时间分布与多釜串联模型的关系。 (3)了解模型参数 n 的物理意义及计算方法。 二、实验原理 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。返混程度的大 小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状 态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混 情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验 测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。 物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。 所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数 f(t)和停留时间分布函数 F(t)。停留时间 分布密度函数 f(t)的物理意义是：同时进入的 N个流体粒子中，停留时间介于 t 到t+dt 间的流体粒子所占的分率 dN／N 为f(t)dt。停留时间分布函数 F(t)的物理意义是：流过 系统的物料中停留时间小于 t 的物料的分率。 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，在系统的人口处瞬间注入一定量 Q 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 (1) (2) 所以 (3) 由此可见 f(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关系，即，f(t)∝L(t)，这里 L(t)=L -L ，Lt 为t 时刻的电导值，L 为无示踪剂时电导值。 t ∞ ∞ 停留时间分布密度函数．f(t)在概率论中有两个特征值，平均停留时间(数学期望)t 2 和方差δ 。 t t 的表达式为： (4) 采用离散形式表达，并取相同时间间隔△t，则： (5) δ2 的表达式为： t (6) 也用离散形式表达，并取相同△t，则： (7) 若用无量纲对比时间θ来表示，即θ=t/t ， 2 δ2 无量纲方差 δ t 2 。 θ t 在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评价其返混程度，则需要用反应器模 型来描述。这里我们采用的是多釜串联模型。 所谓多釜串联模型是将一个实际反应器中的返混情况作为与若干个全混釜串联时的 返混程度等效。这里的若干个全混釜个数 n 是虚拟值，并不代表反应器个数，n 称为模 型参数。多釜串联模型假定