单釜和多釜串联反应装置停留时间分布测定

反应器停留时间分布测定实验

化学 系 二 班 学号006xxx55

姓名于某

第_2 _______ 套装置 组别 B1 组8号 得分 _________________________ 同组人姓名

赵某 ， 宋某， 田某

星期 三

实验日期 2009 年二 _______ 月 11日 文件名 d20090311-2 ______________________

(一) 实验目的：

1. 熟悉单釜和多釜串联反应装置的结构、特点和工作原理； 2. 掌握利用脉冲激发响应法测定反应器分布时间函数；

3. 学习反应器的停留时间密度分布函数 E(t)和停留时间分布函数F(t)的测定、 特点。学

会平均停留时间和方差的计算。

(二) 实验原理： 1?停留时间分布函数

停留时间是指当物料连续流经化学反应器时，流体从反应器的入口开始到反 应器的出口所需流经的时间。当同一流体在反应器中的停留时间不同时， 将会存 在一个停留时间分布，可以用停留时间分布函数来描述这一分布情况。 停留时间 分布函数是指：从刚开始到时间t内，流出反应器的流体占所有流体的比例， 一 般用F(t)表示。而停留时间的另一描述是停留时间密度分布函数，则指在单位 时间内流出的流体占总流体的比例， 一般用E(t)表示。从上面的定义可知，F(t) 和E(t)分别有如下

t

F(t) =

dN

(1)

dN 时)

E(t)=(

N

数学表达式：

物料在反应器内的停留时间是一个随机变量，其主要有两个数字特征:

数学期望：即平均停留时间, 均是指各流体微兀通过反应器所需停留时间的平 值。其数学表达式如下：

Q0

_ tE(t)dt :: t

0

tE(t)dt

E(t)dt 0

方差：指各流体微元通过反应器所需停留时间和平均停留时间之差的平方的

□0

(t - t) E(t)dt

下:

2 -t

0

oO

二

—2

□0

2 — 2

t E(t)dt -(t)

0

E(t)dt

0

2

平均值，用符号G表示，它反映了停留时间分布的离散程度。其数学表达式如

若采用无量纲停留时间表示，令 mt/t，则:

F(t)= F(F E(E=tE(t)

2 2 ■■ - t

/(t)

物料在反应器中的流动有两种理想的状态：

活塞流模型：指物料在反应器中，各质点以相同的速度沿着同一方向流动, 各物料质点之间完全不返混。根据活塞流的特点可知：

二2 = 0

全混流模型：指刚进入反应器的流体微元和反应器中已有的流体微元完全返 混，在反应器中各处的物料浓度相等， 且等于出口处物料的浓度。根据全混流的 特点可知:■■-■ -1

2

2?停留时间分布函数的测定方法

本实验采用的停留时间分布函数的测定发法是脉冲激发响应法。 主要步骤是 从某一个时刻起，在测定系统入口处连续不停地向定态流动的主流物料中加入少 量的示踪流体或者物质，同时在系统出口处测定物料中示踪浓度随时间的变化。 3.多釜串联连续搅拌式反应器

多釜串联连续搅拌反应器即若干个釜式反应器串联，使物料依次流过。物料 在各釜内完全返混，釜间完全不返混

由于本实验采用的是非理想反应器， 每个釜并非全返混，因此在利用脉冲输 入法在第一级反应器入口处注入示踪剂的量 M，可以认KCI的电导率与其浓度成 正比，即存在如下关系：

c(t)a- (t)

二

(8)