北京化工大学
实验七 管式循环反应器停留时间测定
班级：化工1206 姓名：刘亚茹 学号：2012011164 实验时间：2015年10月29日
1. 目的及任务
1.1. 实验目的
1. 了解连续均相管式循环反应器的返混特性；
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. 分析观察连续均相管式循环反应器的流动特性； 4. 研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n。
1.2. 实验任务
1. 用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布； 2. 改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度； 3. 观察循环反应器的流动特征。
2. 基本原理
停留时间分布的实验在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内有足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。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。对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。
在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比R为：
循环比R是连续均相管式反应器的重要特征，可自零变至无穷大。 当R=0时，相当于平推流管式反应器。 当R=∞时，相当于全混流反应器。
因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比R，得到不同返混程度的反应系统。一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。
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
Q?f?t?dt?V?C?t?dt
示踪剂加入量符合
(1)
Q???0VC?t?dt
(2)
由（1）与（2）可得停留时间分布密度函数
f?t??VC?t??VC?t?dt0??C?t??C?t?dt0?
(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
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f?t??L?t?，这里L?t??Lt?L?，Lt为t时刻的电导值，L∞为无示踪剂时电导值。
停留时间分布密度函数f?t?在概率论中有二个特征值，即平均停留时间（数学期望）t和方差?2t。
t与?t2的表达式为：
?tC?t?dt? t??tf?t?dt??C?t?dt??00?0?(4)
?t2???t?t?2f?t?dt??t2f?t?dt?t2
00??（5）
采用离散形式表达，并取相同时间间隔?t,则：
?t??tC?t??t?t?L?t?? ?C?t??t?L?t?(6)
?t2C?t??t2L?t?22????t???t
?C?t??L?t?2t（7）
若用无因次对比时间?来表示，即?＝tt，无因次方差??2＝?t2t2 。
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
实验七管式循环反应器停留时间测定讲解
