實(shí)驗(yàn)2 全混流反應(yīng)器返混性能測(cè)試

時(shí)間：2023-04-30 22:56:42 資料我要投稿

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一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1. 通過實(shí)驗(yàn)了解停留時(shí)間分布測(cè)定的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。

2. 掌握停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值的計(jì)算方法。

3. 學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器的串聯(lián)模型來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。

二. 實(shí)驗(yàn)原理

在連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的程度除了與反應(yīng)系統(tǒng)本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)短有密切關(guān)系。停留時(shí)間越長(zhǎng)，則反應(yīng)越完全。停留時(shí)間通常是指從流體進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)開始，到其離開反應(yīng)器為止的這一段時(shí)間。顯然對(duì)流動(dòng)反應(yīng)器而言，停留時(shí)間不像間歇反應(yīng)器那樣是同一個(gè)值，而是存在著一個(gè)停留時(shí)間分布。造成這一現(xiàn)象的主要原因是流體在反應(yīng)器內(nèi)流速分布的不均勻，流體的擴(kuò)散，以及反應(yīng)器內(nèi)的死區(qū)等。

停留時(shí)間分布的測(cè)定不僅廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程及化工分離過程，而且應(yīng)用于涉及流動(dòng)過程的其它領(lǐng)域。它也是反應(yīng)器設(shè)計(jì)和實(shí)際操作所必不可少的理論依據(jù)。

停留時(shí)間分布測(cè)定所采m.stanzs.com用的方法主要是示蹤響應(yīng)法。它的基本思路是：在反應(yīng)器入口以一定的方式加入示蹤劑，然后通過測(cè)量反應(yīng)器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應(yīng)器內(nèi)流體的停留時(shí)間。常用的示蹤劑加入方式有脈沖輸入、階躍輸入和周期輸入等。本實(shí)驗(yàn)選用的是脈沖輸入法。

脈沖輸入法是在極短的時(shí)間內(nèi)，將示蹤劑從系統(tǒng)的入口處注入注流體，在不影響主流體原有流動(dòng)特性的情況下隨之進(jìn)入反應(yīng)器。與此同時(shí)，在反應(yīng)器出口檢測(cè)示蹤劑濃度c(t)隨時(shí)間的變化。整個(gè)過程可以用圖1形象地描述。

由概率論知識(shí)可知，概率分布密度函數(shù)E(t)就是系統(tǒng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)。因此，

E（t）dt就代表了流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間介于t到t+dt之間的概率。

在反應(yīng)器出口處測(cè)得的示蹤劑濃度c(t)與時(shí)間t的關(guān)系曲線叫響應(yīng)曲線。由響應(yīng)曲線就可以計(jì)算出E（t）與時(shí)間t的關(guān)系，并繪出E（t）～t關(guān)系曲線。計(jì)算方法是對(duì)反應(yīng)器作示蹤劑的物料衡算，即

Qc(t)dt=mE(t)dt （1）式中Q表示主流體的流量，m為示蹤劑的加入量。示蹤劑的加入量可以用下式計(jì)算 m=?Qc(t)dt 0∞ （2）

在Q值不變的情況下，由（1）式和（2）式求出：

E(t)=c(t)

∞∞c(t)dt （3）關(guān)于停留時(shí)間分布的另一個(gè)統(tǒng)計(jì)函數(shù)是停留時(shí)間分布函數(shù)F(t),即 F(t)=?0 E(t)dt （4）

用停留時(shí)間分布密度函數(shù)E（t）和停留時(shí)間分布函數(shù)F（t）來描述系統(tǒng)的停留時(shí)

間，給出了很好的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。但是為了比較不同停留時(shí)間分布之間的差異，還需要引入另外兩個(gè)統(tǒng)計(jì)特征值，即數(shù)學(xué)期望和方差。數(shù)學(xué)期望對(duì)停留時(shí)間分布而言就是平均停留時(shí)間t,即

∞?0tE(t)dt

?0E(t)dt∞t==?0tE(t)dt （5）

方差是和理想反應(yīng)器模型關(guān)系密切的參數(shù)。它的定義是：

σt2=?0t2E(t)dt-t2 （6）

222對(duì)活塞流反應(yīng)器σt=0；而對(duì)全混流反應(yīng)器σt=t；對(duì)介于上述兩種理想反應(yīng)器∞

之間的非理想反應(yīng)器可以用多釜串聯(lián)模型描述。多釜串聯(lián)模型中的模型參數(shù)N可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到的σt來計(jì)算。

N=σ2322 （7）

當(dāng)N為整數(shù)時(shí)，代表該非理想流動(dòng)反應(yīng)器可以用N個(gè)等體積的全混流反應(yīng)器的串聯(lián)來建立模型。當(dāng)N為非整數(shù)時(shí)，可以用四舍五入的方法近似處理，也可以用不等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)模型。

三. 實(shí)驗(yàn)裝置

1. 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

2. 裝置技術(shù)指標(biāo)及流程示意圖

(1) 釜式反應(yīng)器1.5L，直徑110mm，高120mm，有機(jī)玻璃制成，3個(gè)。釜式反應(yīng)器直徑160mm，

高120mm，有機(jī)玻璃制成，1個(gè)。

(2) 攪拌馬達(dá)25W，轉(zhuǎn)數(shù)90-1400轉(zhuǎn)/分，無級(jí)變速調(diào)節(jié)。

(3) 液體(水)流量0-100L/h。

(4) 電磁閥控制示蹤劑進(jìn)入量5-10毫升/次。

四. 操作步驟

1. 準(zhǔn)備工作

(1) 將飽和KCl液體注入標(biāo)有KCl的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi)。

(2) 連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。