实验报告模板(单三釜)

1、沈 阳 化 工 学 院化学工程与工艺专业实验 实 验 报 告班 级同 组 人评 分姓 名实验日期 指导教师实验项目连续流动反应器中的返混测定一、实验目的本实验通过单釜与三釜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。(1)掌握停留时间分布的测定方法。(2)了解停留时间分布与多釜串联模型的关系。(3)了解模型参数n的物理意义及计算方法。二、实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。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

2、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。物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)。停留时间分布密度函数E(t)的物理意义是：同时进入的N个流体粒子中，停留时间介于t到t+dt间的流体粒子所占的分率dNN为E(t)dt。停留时间分布函数F(t)的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t的物料的分率。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

3、后，在系统的人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，可知 所以 由此可见E(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浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即E(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E(t)在概率论中有两个特征值，平均停留时间(数学期望)和方差t2。的表达式为： 采用离散形式表达，并取相同时间间隔t，则： t2的表达式为

4、： 也用离散形式表达，并取相同t，则： 若用无量纲对比时间来表示，即=t/，无量纲方差。在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评价其返混程度，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，并得到无量纲方差与模型参数n存在关系为 当n = 1, = 1，为全混流特征；当n ，0，为平推流特征；这里n是模型参

5、数，是个虚拟釜数，并不限于整数。三、实验装置及流程实验装置如图1所示，由单釜与三釜串联二个系统组成。三釜串联反应器中每个釜的体积为1L，单釜反应器体积为3L，用可控硅直流调速装置调速。实验时，水分别经二个转子流量计流入二个系统。稳定后在二个系统的入口处分别快速注入示踪剂，由每个反应釜出口处电导电极检测示踪剂浓度变化，并由计算机自动记录下来。 图1 连续流动反应器返混实验装置图1-全混釜(3L)；2，3，4-全混釜(1L)；5-转子流量计；6电机；7-电导率仪； 8-电导电极； 9-记录仪； 10-微机四、实验步骤及方法(1)通水，开启水开关，让水注满反应釜，调节进水流量为20Lh，保持流量稳定

6、。(2)通电，开启电源开关。开动搅拌装置，单釜转速约为280rmin，三釜转速约为140rmin。开电导仪并调整好温度和初始电导率值，打开微机上的实验测量软件，以备测量；(3)待系统稳定后，用注射器迅速注入示踪剂35 ml，同时按下微机上对应的装置测量开始按钮。(4)当微机上显示实验结束时，保存数据并打印结果。(5)关闭仪器，电源，水源，排清釜中料液，实验结束。五、实验原始数据和计算机处理结果（必须有实验指导教师的签名）六、实验数据处理根据微机采集的实验数据，可以得到单釜与三釜的停留时间分布曲线和不同停留时间的电导率值，其中电导值Lt对应了示踪剂浓度的变化。然后用离散化方法，在曲线上取2025

7、个数据点左右，再由公式(5)、(7)分别计算出各自和t2，及无因次方差。通过多釜串联模型，利用公式(8)求出相应的模型参数n，随后根据n的数值大小，就可确定单釜和三釜系统的两种返混程度大小。实际上微机数据采集与分析处理系统，可直接由电导率仪输出信号至计算机，由计算机负责数据采集与分析，在显示器上画出停留时间分布动态曲线图，并在实验结束后自动计算平均停留时间、方差和模型参数。上述两种结果可以进行比对，找出差异，分析原因。具体的实验原始数据和数据处理过程如下：1、 单釜实验表1-1 单釜实验停留时间分布原始数据和处理结果t (s)L(t) (mv)t·L(t)t2 L(t)1232530

8、649713923.3013.0602.8430.13599.030195.840275.771187.9202970.90012533.76026749.787261584.64 计算基准：L1.0610由公式（5）得：10306.873/34.934=295.038 s 其中L（t）Lt- L由公式（7）得：=5446057.829/34.934-295.0382=68848.20542 s2由 =68848.20542/295.0382=0.7909,进而由公式（8）得： =1/0.7909=1.2632、 三釜实验表1-2 三釜（1釜）实验停留时间分布原始数据和处理结果t (s)L(t

9、) (mv)t·L(t)t2 L(t)1232027538013198.9857.7446.550-0.015242.595410.430524.000-19.2856550.06521752.79041920.000-26096.415由公式（5）得：10667.060/44.817=238.014 s 由公式（7）得：=3498774.952/44.817-238.0142=1417.510 s2由=68848.20542/295.0382=0.7909,进而由公式（8）得： =1/0.7909=1.263 其它两釜的实验数据表、计算方法、结果略。七、实验结果与讨论1、 从单釜和三釜的实验数据处理的结果与计算机分析结果比较，平均停留时间和，n有较大偏差，可能的原因是由于利用数据采集的各点，其时间间隔是不相等的，采取离散求和的方式计算，结果较计算机分析处理的结果差距较大。2、 连续流动系统中的水可能含有一些金属离子、阴离子等杂质，影响电导值的测定，所以实际计算的结果与理想流动模型的参数之间有一定的差距。3、由单釜和三釜计算得出的模型参数n，可以了结到随串联釜数的增加，模型参数逐釜增加，返混程度则逐渐变小，串联釜数越多，其流动效果越接近平推流模型，返混程度越小。4、综上，可以采用多釜串联的方法限制返混的程度。八、主要符号说明1