多釜串联反应器中返混状况测定

实验目的

本实验通过单釜与三釜串联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，从而掌握控制返混。

实验目的为:

1）掌握停留时间分布的测定方法。

2）了解停留时间分布于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。

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和称为返混。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f t 和停留时间分布函数F t 。停留时间分布密度函数f 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f 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，可知f（t）dt=V▪C（t）dt/Q (1) Q=∫VC（t）dt (2)所以

f(t)= VC(t)/[∫VC(t)dt]=C(t)/[[∫VC(t)dt](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，平均停留时间（数学期望）t和方差 τ²。 2) t的表达式为：

t=∫tf(t)dt=[∫tf(t)dt]/[∫C(t)dt] (4) 采用离散形式表达，并取相同时间间隔 t,则：

t=[ΣtC(t)Δt]/[ΣC(t)Δt]=[Σt-L(t)]/[ΣL(t)](5) t2的表达式为：t2=∫(t-t)²f(t)dt==∫t²f(t)dt-t²(6) 也用离散形式表达，并取相同 t，则：

t=[Σt²C(t)]/[ΣC(t)]-t²=[Σt²L(t)]/[ΣL(t)]-t²(7) 若用无因次对比时间

单釜与三釜串联反应器中的返混测定来表示，即 ＝t， 2无因次方差 ＝ t2

2 。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 与模型参数n存在关系为n=1/t²(8)当 n=1，t²=1 ，为全混釜特征；当n=∞，t²=0， 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.

多项选择

1.请选择正确的实验装置图。

A.

B. C.

D.

E.

2.请选择本次实验正确的工艺参数。

A. 示踪剂为新鲜配制的饱和KCl溶液

B. 实验采用测定系统电导率值的方法来间接获取示踪剂浓度 C. 搅拌转速三釜系统为150rpm，单釜系统为300rpm D. 三釜系统和单釜系统的流量均为15-20L/hr 3.请选择本次实验的正常实验结果。

A. 三釜系统的模型参数n，从第一个釜到第三个釜，n值依次增大 B. 单釜系统的模型参数n和三釜系统的第一个釜n值接近 C. 三釜系统的模型参数n，从第一个釜到第三个釜，n值一次减小 D. 单釜系统的模型参数n和三釜系统的第三个釜n值接近 问答

1.在本次实验中，限制返混的手段是什么，采用该限制方法时要注意什么？

将一个釜分为多个串联的釜，参数n越大，返混程度越小。

2.本次实验中通过什么方法而非示踪剂浓度来间接获取反应器中停留时间分布情况？

脉冲法，采用饱和KCl溶液

3.多釜串联模型的建立基于哪些假定，其建模理论依据是什么？

多釜串联模型假设n个串联的反应釜中每个釜均为全混釜，且反应釜之前无返混，每个釜的体积相同，据此可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存在的关系。