停留时间分布综合实验化工1001班第四小组.docx
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停留时间分布综合实验化工1001班第四小组
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：
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：
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）
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
【
.
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
下午
调试实验装置，对不足之处进行改进
2013.
上午
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溶液示踪剂，记录单釜不同时间的电导率值
下午
】
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溶液示踪剂,记录单釜在不同时间的电导率值，隔一段时间，再次注入饱和KCl溶液示踪剂，记录单釜在不同时间的电导率值
上午
两釜串联，选定水的流量Q=4L/h，转子的转速取适当小。
将平均停留时间保持在10-20min，注入饱和KCl溶液示踪剂,记录单釜在不同时间的电导率值
下午
两釜串联，选定水的流量Q=4L/h，转子的转速取适当大。
将平均停留时间保持在10-20min，注入饱和KCl溶液示踪剂,记录单釜在不同时间的电导率值
上午
两釜并联：
1.选定水的流量Q=4L/h，转子的转速取适当大。
将平均停留时间保持在10-20min，注入饱和KCl溶液示踪剂2ml,记录单釜在不同时间的电导率值，2.保持1中水的流量不变，调小转子的转速，在进行一次记录
《
下午
3.保持2中转子的转速不变，将水的流量调为Q=6L/h，在进行一次记录。
管式测量：
选定水的流量Q=4L/h，将平均停留时间保持在10-20min，注入饱和KCl溶液示踪剂,记录管中在不同时间的电导率值
六、数据处理：
将所得结果分成若干段，每段时间间隔相同，将实验结果整理并计算平均停留时间，无因次方差，用多釜串联模型回归模型参数N。
公式的换算：
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：
（1）
（2）
式中△ti是两次取样时间，若等时间间隔取样，
&
（3）
对恒容稳定流动系统有：
（4）
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：
（5）
（6）
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）：
（7）
1.标准组实验数据及处理：
质量浓度
电导率κ（μS/cm）
~
W
C/（mmol/L）
1/6%
3150
1/12%
1853
1/24%
1188
1/48%
854
1/96%
687
$
1/192%
600
1/384%
556
1/718%
538
^
"
由数据做c~κ图：
由图得出：
A=B=
2.单釜实验数据处理
（1）单釜单峰
实验条件：
Q=2L/h饱和KCl溶液示踪剂V=
时间
t/min
电导率
κ/μS
c（t）
/（g/m³）
$
tc（t）/
[min（g/m³）]
t²c（t）/
[min²（g/m³）]
0
518
574
>
1
928
1234
}
2
1387
1415
3
-
1401
1378
4
1353
—
1327
5
1301
<
1276
6
1248
\
1223
7
1199
$
1173
8
1149
%
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1081
】
10
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1041
；
11
1021
1003
|
12
986
970
&
13
953
935
14
}
920
905
15
900
《
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16
833
￥
814
17
797
}
786
18
777
、
768
19
758
#
750
20
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719
<
21
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692
~
22
682
23
672
<
24
662
25
653
，
26
644
27
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~
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604
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）
33
590
34
583
:
35
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36
569
、
37
562
38
556
、
根据实验数据作反应釜的t-c（t）图、作t-tc（t）图、作t-t2c（t）图
t-c（t）图图形积分面积S1=t-tc（t）图图形积分面积S2=
t-t2c（t）图
图形积分面积S3=1490010
…
则
≈2
（2）单釜双峰
实验条件：
流量Q=2L/h，饱和KCl溶液示踪剂V=
时间
t/min
电导率
κ/μS
—
c（t）
/（g/m³）
tc（t）/
[min（g/m³）]
t²c（t）/
[min²（g/m³）]
0
516
651
`
1
1093
1225
~
2
1239
1230
—
3
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4
|
1172
1152
5
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》
1109
6
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%
1069
7
1050
：
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？
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9
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#
962
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（
11
917
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.
12
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》
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#
14
841
830
15
|
819
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16
798
？
788
17
778
~
769
18
761
（
752
19
744
】
736
20
728
:
721
21
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，
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701
694
$
23
687
682
）
24
676
671
$
25
666
661
26
?
656
651
27
650
|
649
28
658
。
722
29
848
:
949
30
1025
%
1071
31
1093
%
1098
32
1096
1089
，
33
1078
1067
{
34
1053
1037
;
35
1021
1007
：
36
991
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"
961
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·
920
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，
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882
》
871
41
858
.
848
42
837
-
826
43
817
808
）
44
798
789
*
45
781
773
（
46
765
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-
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743
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723
50
711
￥
51
699
52
689
。
53
679
54
669
（
55
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56
653
/
57
645
58
639
59
!
633
60
627
根据实验数据作反应釜的的t-c（t）图、作t-tc（t）图、作t-t2c（t）图
；
>
t-c图，图形积分面积S1=t-tc图，图形积分面积S2=
t-t2c图，图形积分面积S3=
【
则
≈3
3.串联釜实验数据处理
（1）实验条件：
流量Q=4L/h，饱和KCl溶液示踪剂V=转子转速较大
时间
t/s
电导率
κ1/μS
、
c（t）
/（g/m³）
tc（t）/
[s（g/m³）]
t²c（t）/
[s²（g/m³）]
电导率
κ2/μS
c（t）
/（g/m³）
tc（t）/
[s（g/m³）]
t²c（t）/
[s²（g/m³）]
0
527
~
584
10
529
584
·
20
776
584
~
30
880
584
40
—
907
588
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#
597
60
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（
606
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900
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…
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626
>
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635
100
878
$
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870
-
652
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862
661
…
130
853
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？
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\
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170
823
￥
694
180
816
700
}
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794
715
（
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270
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—
.93
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769
%
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.50
330
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"
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~
.06
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756
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—
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}
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》
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；
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.81
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?
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&
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\
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！
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：
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.71
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#
.53
720
.58
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、
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.44
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￥
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]
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?
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.
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556
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!
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554
.29
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"
551
.24
673
1110
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；
.08
668
1140
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.78
|
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545
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{
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.33
656
;
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542
.73
652
1260
540
·
.53
649
1290
539
^
.14
645
1320
537
.18
642
^
1350
536
.03
638
;
1380
535
.04
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1410
（
534
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533
—
.53
629
1470
532
.50
，
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1500
531
.61
623
|
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】
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￥
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`
1710
527
.40
608
1740
$
527
.07
606
根据实验数据分别作反应釜1和反应釜2的t-c（t）图、作t-tc（t）图、作t-t2c（t）图
^
￥
反应釜1t-c图，图形积分面积S1=反应釜1t-tc图，图形积分面积S2=×107
#
反应釜1t-t2c图，图形积分面积S3=×1010反应釜2t-c图，，图形积分面积S1=
~
反应釜2t-tc图，图形积分面积S2=×108反应釜2t-t2c图，图形积分面S3=×1011
则对于反应釜1
:
≈2
对于反应釜2
≈4
（2）实验条件：
流量Q=4L/h，饱和KCl溶液示踪剂V=转子转速较小
时间
t/s
电导率
κ1/μS
c（t）
/（g/m³）
tc（t）/
[s（g/m³）]
t²c（t）/
[s²（g/m³）]
电导率
κ2/μS
c（t）
/（g/m³）
tc（t）/
[s（g/m³）]
t²c（t）/
[s²（g/m³）]
0
526
:
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10
526
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）
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