实验八连续流动反应器中的返混测定.docx

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实验八连续流动反应器中的返混测定

实验八连续流动反应器中的返混测定

1.目的及任务

1.1.实验目的

1.了解全混釜和多釜串联反应器的返混特性；

2.掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法；

3.了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；

4.了解模型参数n的物理意义及计算方法。

1.2.实验任务

1.用脉冲示踪法测定单反应釜停留时间分布，确定返混程度；

2.用脉冲示踪法测定三反应釜串联系统的停留时间分布，确定返混程度；

2.基本原理

在连续流动的釜式反应器内，激烈的搅拌使得反应器内物料发生混合，反应器出口处的

物料会返回流动与进口处物料混合，形成空间上的返混；为限制空间返混的发生程度，通常

从几何空间上将一个反应釜分成多个反应釜，可以使返混程度降低。

在连续流动的釜式反应器内，不同停留时间的物料之间的混合形成时间上的返混。

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。

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，

在系统的入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及物料衡算，可知

Qftdt二VCtdt⑴

示踪剂加入量符合

Q=0VCtdt

（2）

由

（1）与

（2）可得停留时间分布密度函数

VCt

（3）

0VCtdt0Ctdt（3）

由此可见ft与示踪剂浓度Ct成正比。

因此，本实验中用水作为连续流动的物料，

以饱和KCI作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。

在一定范围内，KCI浓度与电导值

L成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即ft二Lt，这里

Lt[=Lt-L：

:

Lt为t时刻的电导值，La为无示踪剂时电导值。

停留时间分布密度函数ft在概率论中有二个特征值，即平均停留时间（数学期望）t

⑷

（5）

⑹

和方差二t2。

t与匚2的表达式为:

•：

：

：

2-2

ftd^.0tftdt-t

采用离散形式表达，并取相同时间间隔=t,则：

/_.tCttItLt

t

iCt：

tiLt

厂2二主t一f2「汽t_^2

tSt」

若用无因次对比时间二来表示，即"=rt，无因次方差二2=二t2.t2。

在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评介其返混程度，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。

多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以

推导得到多釜串联反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差；「2与模型参数n存

在关系为

（8）

2

当n=1，；「,=1，为全混釜特征;

二2r0，为平推流特征;

这里n是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。

3.装置和流程

搅拌器速率旋

钮及速率指示

4.操作要点

4.1.准备工作

1.示踪剂饱和氯化钾溶液400ml以上（瓶装）；

2.500ml烧杯2个，将瓶中饱和氯化钾上清液小心倒入烧杯中约200ml（半杯），尽量防

止倒入氯化钾结晶；

3.5ml注射器4只，两用两备，7号注射器针头4只，两用两备；

4.熟悉流量计与流量控制，搅拌器与转速调节操作；

5.熟悉注射器进样操作，使用清水模拟操作；

6.熟悉“单釜”与“三釜”计算机数据采集系统的操作，演练“开始一结束一保存一打印”。

42实验步骤

1.通水，开启水开关，让水注满反应釜，调节进水流量为15L/H，保持流量稳定。

2.通电，开启电源开关。

（1）打开计算机数据采集系统，设定参数值，通过点击图形区域，可进行“单釜”与

“三釜”显示页面的切换；

（2）开电导仪，调整好，以备测量；

（3）开动搅拌器，搅拌转速决定了混合状态，单釜转速应控制在150r/min左右，三

釜转速应大于300r/min左右。

3.待系统流量稳定后，用注射器迅速注入示踪剂KCI饱和溶液，同时按计算机数据采集系

统的“开始”键，记录电导率随时间变化轨迹；

4.当计算机画面显示的电导率值在2min内觉察不到变化时，即认为终点己到，按“结束”

键，同时保存并打印结果。

5.关闭仪器，电源，水源，排清釜中料液，实验结束。

4.3.注意事项

1.整个实验过程，要注意控制流量稳定；

2.示踪剂饱和KCI溶液需一次迅速注入（例如1-3秒之内）；

3.用注射器抽取饱和KCI溶液时，注意不要抽到底层KCI结晶，以免堵塞针头；如果针头堵塞，切勿强推注入，而应拔出重做；

4.一旦失误，应该等示踪剂出峰全部走平后重做，或在老师指导下，把水全部排放后置换

清水重做。

5.报告要求

5.1.实验数据处理

停留时间分布实验

单釜实验

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搅拌釜混合特性测定实验

多釜串联返混实验

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数据处理结果

序号

三釜

单釜

T*L1

T*L2

T*L3

T2*L1

T2*L2

T2*L3

T*L

t2*l

1

40.603

1.501

0.076

771.457

28.519

1.444

15.232

258.944

2

71.706

14.972

0.57

2724.828

568.936

21.66

30.345

1062.075

3

94.62

34.599

3.591

5393.34

1972.143

204.687

42.900

2230.800

4

112.574

57.442

11.858

8668.198

4423.034

913.066

56.000

3920.000

5

122.688

82.656

21.408

11778.05

7934.976

2055.168

66.294

5767.578

6

127.65

104.765

35.995

14679.75

12047.98

4139.425

77.175

8103.375

7

129.176

126.63

55.208

17309.58

16968.42

7397.872

83.692

10210.424

8

129.591

145.962

72.828

19827.42

22332.19

11142.68

90.860

12720.400

9

125.388

162.54

97.696

21566.74

27956.88

16803.71

96.712

15183.784

10

121.92

178.176

120.192

23408.64

34209.79

23076.86

105.000

18375.000

11

114.995

189.056

139.682

24263.95

39890.82

29472.9

110.784

21270.528

12

110.17

198.95

161.69

25339.1

45758.5

37188.7

114.450

24034.500

13

103.584

205.923

180.525

25792.42

51274.83

44950.73

118.721

26949.667

14

93.8

209.844

203.948

25138.4

56238.19

54658.06

118.825

29112.125

15

86.674

205.205

222.999

24875.44

58893.84

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