反应堆停留时间分布的测定实验.doc

确定反应器停留时间的分布. 实验化学系第二班. 第二组设备组名称B1第8组设备组的名称相同. 赵文博，宋立宏，现场测试日期，2009年3月11日，星期三文件名称2（I）实验目的: 1.熟悉单槽和多槽串联反应堆的结构，特点和工作原理； 2.使用脉冲响应法掌握反应堆分布时间函数的测量； 3.了解反应器的停留时间密度测量和分布函数E（t）和停留时间分布函数F（t）的特性. 学习计算平均停留时间和方差. （II）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过化学反应器时，流体从反应器入口流到反应器出口所需的时间. 当相同流体在反应器中的停留时间不同时，将存在停留时间分布，这可以用停留时间分布函数来描述. 停留时间分布函数是指从开始到时间t，从反应器流出的流体与所有流体的比率，通常用F（t）表示. 停留时间的另一种描述是停留时间密度分布函数，它是指单位时间内流出的流体与总流体的比率，通常用E（t）表示. 根据以上定义，F（t）和E（t）具有以下数学表达式: （1）（2）材料在反应器中的停留时间是随机变量，主要具有两个数值特征: 数学期望: 平均停留时间是指每种流体微量元素通过反应器所需的平均停留时间.

数学表达式如下: （3）方差: 是指停留时间与每种流体微量元素通过反应器所需的平均停留时间之差的平方的平均值. 用一个符号表示，它反映了停留时间分布的离散. 学位. 数学表达式如下: （4）如果使用无量纲的停留时间，则: （5）（6）（7）反应器中物料流有两种理想状态: 塞流模型: 指物料在反应器中，颗粒以相同的速度以相同的方向流动，并且物料的颗粒之间没有反向混合. 根据活塞流的特性，可以知道全混合流模型是指刚进入反应器的流体微量元素和已经在反应器中的流体微量元素的完全返混. 浓度. 根据总混合流的特征: 2.停留时间分布函数的测量方法本实验中使用的停留时间分布函数的测量方法是脉冲响应方法. 主要步骤是从某一时刻开始在测量系统入口处连续向稳态主流材料中添加少量示踪剂流体或物质，并测量系统中材料中示踪剂浓度随时间的变化. 出口. . 3.串联的多釜连续搅拌反应器串联的多釜连续搅拌反应器，即几个釜反应器，使物料依次流过. 物料在每个水壶中完全回混，水壶之间没有回混. 由于该实验使用的是不理想的反应器，因此每个水壶没有完全回混. 因此，当使用脉冲输入法在第一级反应器的入口处注入一定量的示踪剂M0时，可以识别出KCl的电导率与其浓度成正比. 即，存在以下关系: （8）停留时间分布函数E（t）可以表示为: （9）如果用电导率直接表示，则为（10）. 因此，存在以下关系: （ 11）（12）对于第二个和第三个储罐: （13）平均停留时间可以通过以下公式计算: （14）方差也可以用电导率表示: （15）当全混合流量为罐串联，每个罐的有效容积相同时，方差与串联反应器数量的关系为: （16）当N = 1时，反应器为全混合反应器；当N接近无穷大时，该反应器为活塞流反应器.

实验装置: 水箱； 2水泵三转子流量计; 4; 5搅拌釜；六截止阀-出水口； 9-溢流口;搅拌速度为200r / m;水流量20 L / h. 2.三槽式连续搅拌反应器的停留时间分布表1.去除死点后的保留时间数据表t /sκt1/ mS·cm-1κt2 / mS·cm-1κt3 / mS·cm-102.2970.2490.01201 .9820.5420 .032361.8530.6810.071601.6360.8280.149801.3960.950.225961.2740.9940.2831121.1791.0230.3661281.0641.0250.4321440.9791.0330.4861680.821.0210.5571840.7541.0110.5982000.6930.9790.6372200.5830.9520.6842360.5570.9130.6932520.50.8.0.70.7 .6880.7283560.2690.6050.7353760.2170.5830.7084080.1950.5130.6764280.1730.4740.6544440.1590.4250.644640.1540.4170.634800.1320.4080.6085000.1220.3610.5665200.10.3420.5445360.0930.320.5325680.0760.2660.4965840.0730.2390.4596160.0610.2150.422726420682 .0320.1440.2957360.0240.1220.2737600.0270.1150.2547760.0340.110.2377960.0270.0950.228240.0240.0850.28560.0070.0810.1738800.0020.0680.1599080.010.0510.1379360.0070.0390.1299640.0070.0420.1159960.0070.0290.10310080.0050.0270.08810280.0020.0240.002 520.0020.0240.08110740.0020.0120.07311060.010.0170.056113000.0150.05111540.0070.0120.05111860.0050.010.0441226000.04212500.0120.0020.032127400.0070.03212980.0020.0070.03413300.0020.0050.017136200.020.02414020.0050.0220.015表2每个水壶三个水壶的计算数据（t） s-1E（θ）1000E（t）/ s-1E（θ）1000e（t）/ s-1E（θ）10 \\\\\\ 2205.673 0.86291.181 0.3357 0.0775 0.0337 3365.304 0.80671.485 0.4217 0.1720 0.0748 4604.683 0.71221.805 0.5128 0.3610 0.1569 5803.996 0.60772.071 0.5883 0.5451 0.2369 6963.647 0.55462.167 0.6156 0.6856 0.2980 71123.375 0.51332.230 0.6335 0.8867 0.3854 81283.045 0.46322.234 0.6397 1.0466 0.4549 91442.802 0.42622.252 0.6397 1.1774 0.35702.226 0.6323 1.3494 0.5866 111866.158 0.32832.204 0.6261 1.4487 0.6298 122001.984 0.30172.134 0.6063 1.5432 0.6708 132201.669 0.25382.075 0.5896 1.6571 0.7203 142361.594 0.24251.990 0.5654 1.6789 0.7298 152521.431 0.21771.873 0.5320 1.7394 0.7561 162761.222 0.18591.794 0.5172 1.7685 0.797 1.7685. 17021.650 0.4688 1.8097 0.7867 183160.979 0.14891.596 0.4533 1.8097 0.7867 193360.859 0.13061.500 0.4261 1.7637 0.7667 203560.770 0.11711.319 0.3747 1.7806 0.7740 213760.621 0.09451.271 0.3611 1.7152 0.7456 224080.558 0.08491.118 0.3177 1.6377 0.7119 234280.495 0.07531.033 0.2936 .909 0.2583 1.5262 0.6635 264800.378 0.05750.889 0.2527 1.4729 0.6403 275000.349 0.05310.787 0.2236 1.3712 0.5961 285200.286 0.04350.746 0.2118 1.3179 0.5729 295360.266 0.04050.698 0.1982 1.2888 0.5603 305680.218 0.03310.580 0.1647 1.480 0.5209 315 0.5315 315 1.1120 0.4834 326160.469 1.0223 0.4444 336440.140 0.02130.414 0.1177 0.9109 0.3960 346720.126 0.01920.388 0.1102 0.8528 0.3707 356920.112 0.01700.340 0.0966 0.7873 0.3423 367160.092 0.01390.314 0.0892 0.7147 0.3107 377360.069 0.01040.266 0.0756 0.6712 0.2153. 0.2675 397760.097 0.01480.240 0.0681 0.5742 0.2496 4 07960.077 0.01180.207 0.0588 0.5330 0.2317 418240.069 0.01040.185 0.0526 0.4845 0.2106 428560.020 0.00300.177 0.0502 0.4191 0.1822 438800.006 0.00090.148 0.0421 0.3852 0.1674 449080.029 0.00440.111 0.0316 0.3319 0.1443 459360.020 0.00300.085 0.1359 469640.020 0.00300.092 0.0260 0.00300.063 0.0180 0.2495 0.1085 4810080.014 0.00220.059 0.0167 0.2132 0.0927 4910280.006 0.00090.052 0.0149 0.2132 0.0927 5010520.006 0.00090.052 0.0149 0.1962 0.0853 5110740.006 0.00090.026 0.0074 0.1768 0.0769 5211060.029 0.00440.037 0.0105 0.1357 0.0590 033 0.013 0.1236 0.1236 .026 0.0074 0.1236 0.0537 5511860.014 0.00220.022 0.0062 0.1066 0.0463 5612260.000 0.00000.000 0.0000 0.1017 0.0442 5712500.034 0.00520.004 0.0012 0.0775 0.0337 5812740.000 0.00000.015 0.0043 0.0775 0.0337 5912980.006 0.00090.015 0.0043 0.0824 0.0358 0.0513 0.0412 0.00412 0.079 0.0179 611044 0.0124 0.0581 0.0253 6214020.014 0.00220 .0 48 0.0136 0.0363 0.0158数据处理示例: （1）. 当t = 20s时的单个储罐,,,,因此，有: ,,,（2）. 当t = 20s时，双槽，，，，，，，，，（3）. 当t = 20s时的三个水壶，每个水壶的统计信息，每个水壶的统计信息，统计数据，水壶数量反应器停留时间，单水壶，152.11.100.91，双水壶，284.10 .561.79三个水壶434.70.333.03以E（t）为纵坐标，以t为横坐标，单水壶的E（t）-t曲线水壶，双水壶和三个串联的水壶如下: 图2.单水壶，双水壶E（t）-t与三个反应堆（六个）串联的曲线思考问题: 1.停留时间的性质是什么分布函数和停留时间分布密度函数？两者之间是什么关系？停留时间分布密度函数主要是指在dt时间内流出反应器的流体与总流体的比率.

函数曲线随时间所围成的面积等于1，这是其归一化的属性. 停留时间分布函数主要是指从流体进入反应器时开始，从反应器流出的流体与流体总量之比，其主要特征是逐渐变大的单调函数. 驻留时间分布函数与驻留时间分布密度函数之间的关系可以通过以下数学表达式表示: 2.用脉冲法测量驻留时间分布时应注意哪些问题？研究反应堆的停留时间分布有什么意义？在脉冲法中，注意添加的示踪剂剂量不应太大，并且添加速度应快. 研究停留时间的分布是研究反应器中“回混”的程度. 这是仪器质量的重要指标，另一方面，它也是化学生产中的重要参数，它决定了反应的速度. 3.讨论如何限制或增加回混程度. 限制返混会降低流体的流速，并使流体以层流流动. 使用管式反应器代替反应器. 为了增加反向混合的程度，可以增加流体流速以使流体以湍流形式流动. 使用釜式反应器，可以提高搅拌速度. 4.在选择实验用示踪剂时应考虑哪些因素？为什么？示踪剂应为不与溶质和溶剂反应的稳定化合物. 它应具有定量和敏感的物理和化学特性，以利于测定示踪剂. 5.多罐级联模型的参数N与实验中的反应器数量有何不同？为什么？多罐串联模型参数N的主要物理含义是，当我们处理实际反应堆时，根据其停留时间分布函数的特征，我们可以将实际反应堆等同于几个完全混合的理想反应堆. 此处的等效全反应器混合流反应器的数量为N.

其代表的主要物理含义是描述实际反应器与理想活塞流反应器和全混合流反应器的偏离程度. 当N = 1时，该反应器是理想的全混合反应器；当N趋于无穷大时，它是理想的活塞流反应器. 实验中的反应器数量不能等于多槽串联模型参数N，因为N是理想值，并且实验中的每个反应器都必须是全混合反应器. 6.分析实验中测得的停留时间分布曲线和总混流模型偏差的原因. 实验中的实际反应釜无法完全混合. 这可能是由于流量变化和搅拌不充分引起的. 在实际操作中，“完全混合”的情况是不可能的，并且会有一些偏差. （七）实验讨论: 在实验中应注意水的流动不是很稳定. 必须经常观察和调整转子流量计以控制流量. 在反应釜中搅拌容易产生气泡. 为了及时排出反应器停留时间，您可以暂时关闭搅拌并排出气泡，然后再次打开；由于需要去除坏点，因此选择实验数据将导致无法完全等距分布的数据点的选择. 该间隔应尽可能远，因为E（t）的计算涉及Δt. 如果时间间隔太大，将会引入错误. 我们小组的实验数据并不理想. 有很多坏点. 这可能是由于不稳定的搅拌或不稳定的流动引起的. 这也可能是由于电导率探头附近搅拌不充分而引起的，这会导致检测到的电导率值突然变化. 消除不良点后，很难以相等的时间间隔获取点，这将给结果带来很大的误差. 这些点以大约20s的间隔获取；由于去除了坏点，这些点并不是绝对均匀的.

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