单釜与三釜串联连续流动反应器中的返混测定

1. 掌握停留时间分布的测定方法； 了解单釜和多釜串联反应器的返混特性，并确定其返混程度； 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系； 掌握多釜串联模型参数的物理意义及计算方法 单釜与三釜串联连续流动反应器中的返混测定 实验目的

2. 实验原理 • 连续流动反应器中，由于空间的反向运动和不均匀流动造成的不同停留时间物料之间的混合，称为返混。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常利用测定物料在反应器中的停留时间分布来研究返混程度。但相同的停留时间分布却可能有不同的返混情况，即停留时间分布与返混之间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反应器内物料的返混情况，而需要借助于符合实际流况的反应器数学模型来间接表达，因为反应器数学模型的模型参数可以定量反映返混程度。

3. 本实验以液体水连续流过反应器，以饱和KCl溶液为示踪剂，采用脉冲法进行停留时间分布的测定。当反应器中流体的流动达到稳定后，在反应器入口处瞬间注入一定量Q的示踪剂，同时在各反应器出口处检测流体中示踪剂的浓度随时间的变化。本实验以液体水连续流过反应器，以饱和KCl溶液为示踪剂，采用脉冲法进行停留时间分布的测定。当反应器中流体的流动达到稳定后，在反应器入口处瞬间注入一定量Q的示踪剂，同时在各反应器出口处检测流体中示踪剂的浓度随时间的变化。 物料在反应器中的停留时间完全是一个随机过程，可以用概率论中的两个函数来定量描述，这两个函数分别为“停留时间分布密度E(t)”和“停留时间分布函数F(t)”。根据停留时间分布密度E(t)的物理意义，在t=0时注入的示踪剂，其停留时间分布密度必按E(t)分配，停留时间介于t至t+dt间的那部分示踪剂量，必将在t至t+dt由系统出口流出，其量为 V — 流入系统的流体体积流量; Q — 示踪剂的量; C(t) — t时刻系统出口流体中的示踪剂浓度。

4. 停留时间分布在概率论中有两个特征值，即：数学期望（平均停留时间）和方差。停留时间分布在概率论中有两个特征值，即：数学期望（平均停留时间）和方差。 采用离散化形式 方差的表达式为 采用离散化形式 若采用无因次对比时间表示，则无因次方差为

5. 多釜串联模型的模型参数m与停留时间分布的无因次方差之间存在以下关系：多釜串联模型的模型参数m与停留时间分布的无因次方差之间存在以下关系： 当 m =1，； =1 为全混流特征 =0 为平推流特征

6. 实验装置流程 1－单釜反应器；2，3，4－三釜串联反应器；5－转子流量计； 6－搅拌器电机；7－电导率仪；8－电导电极；9，10－输出接计算机

7. 实验操作步骤及注意事项 • 打开总电源，关闭各釜出口阀，打开水龙头（开小些即可），调节单釜及三釜的进水流量计，流量设置为15 L/h，将单釜及三釜内依次注满水并使每个釜均保持流量稳定； • 开启电导率仪，校正后置于“测Ⅱ”档； • 开启搅拌装置，转速设置为：单釜 150 rpm ，三釜 300 rpm 。注意：因仪表转速显示（红色数字）有滞后，加大转速时需缓慢进行，并注意观察仪表上的绿色数字（表示电流值，与转速成正比），使其不要超过30-35，以免搅拌转速过大而损坏实验设备； • 打开电脑，进入“返混测定系统”操作界面，熟悉软件系统的操作。在对话框中分别输入转速、流量的数值，在时间选择框中输入实验所需的时间（一般为45 min）；

8. 待系统稳定后，用注射器分别向单釜及三釜反应系统中迅速注入8ml及4ml的示踪剂，待注入三分之二时，立即在计算机上点击开始，以便及时记录示踪剂浓度随时间的变化情况。注意：拔出注射器时不要把小橡皮塞带出。待系统稳定后，用注射器分别向单釜及三釜反应系统中迅速注入8ml及4ml的示踪剂，待注入三分之二时，立即在计算机上点击开始，以便及时记录示踪剂浓度随时间的变化情况。注意：拔出注射器时不要把小橡皮塞带出。 • 整个实验过程中应密切注意控制流量的稳定。待系统采样过程结束后，在计算机窗口点击[文件]菜单中的“存盘”、“打印”功能进行存盘打印；也可选择“计算结果显示”，此时计算机屏幕上会出现一个小窗口，显示计算机自动计算的平均停留时间、方差、无因次方差和模拟釜数； • 实验结束后，返回主窗口，退出实验； • 将调速仪转速降为零，关闭电源及水源，排清釜中料液，清理实验现场

9. 思考题 • 为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的关系？既然返混与停留时间分布不是一一对应的，为什么又可通过测定停留时间分布来研究返混？ • 测定停留时间分布的实验方法有哪几种？本实验采用的是哪种方法？ • 何谓示踪剂？对示踪剂有哪些基本要求？本实验是采用什么作示踪剂的？在反应器入口处注入示踪剂时应注意什么？