实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定一、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描述返混程度，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、掌握多釜串联模型参数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。然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，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，而必须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dN/N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的物料所占的分率。
停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。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：
E(t)dt＝VC(t)/Q (1)
?∞=
)(dt
t VC
Q (2)
所以 ?
?
∞
∞
=
=
)()
()()
()(dt
t C t C dt
t VC t VC t E (3)
由此可见E (t )与示踪剂浓度C (t )成正比。
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的电导值。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)＝L t －L ∞，L t 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 )在概率论中有二个特征值——平均停留时间（数学期望）t 和方差σt 2。
t 的表达式为：
???∞∞
∞
=
=00
)()()(dt
t C dt t tC dt t tE t (4) 采用离散形式表达，并取相同时间间隔Δt ，则：
)()
()()(t L t tL t t C t t tC t ∑∑=?∑?∑= (5)
σt 2的表达式为：
??∞
∞
-=-=0
220
22)()()(t dt t E t dt t E t t t σ (6)
也可采用离散形式表达，并取相同Δt ，则：
222
22
)
()()()(t t L t L t t t C t C t t
-∑∑=-∑∑=σ (7)
若用无因次对比时间θ来表示，即：t t /=θ，
无因次方差：222
t
t σσθ=。
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σθ2与模型参数N 存在关系为：
21
θ
σ=N (8)
当 N ＝1，σθ2＝1，为全混釜特征； 当N →∞，σθ2→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。 三、 实验装置与流程
1、本实验装置主要由：水槽、水泵、釜式反应器、管式反应器、流量计、电导率仪、搅拌电机、开关、指示灯、电脑程序控制、柜体、阀门及管道等组成。
2、水槽 供测停留时间时间所需的水源，由水泵输送到反应器。
3、反应釜 由有机玻璃制成，三釜以串联形式存在，在反应釜管道上有3个出口，分别为进液口、试踪剂入口、电导探头插口。3个搅拌釜的内径均为100mm ，高度均为120mm ，高径比为。主流流体(水)自循环水槽的出口，经调节
阀和流量计，由第1釜顶部加入，再由器底排出后进入第2釜，如此逐级下流，最后由第3釜釜底排出，经电导池后排入下水道。
4、管式反应器在其上部有一电导率插入口，下部则由泵直接将水打入并开有一示踪剂入口，用于测定管式反应的停留时间。
5、流量计测定进料量的大小。采用LZB-6（4~40）L/h液体流量计，因其本身带流量控制阀，故流量调节阀在流量计上。
6、电导率仪采用上海大普仪器厂生产的电导率仪，可以通过它来测定出口示踪剂的含量，并带有232通讯插口可与电脑连接，在线测定、显示出口示踪剂的含量。
7、搅拌电机其操作板置于控制柜上，速度调节和显示均在操作板上进行。
8、开关、指示灯按下开关旋钮，指示灯亮，相应的工作开始；顺旋钮上的箭头方向旋转旋钮则为关。当遇紧急情况需立刻停车，可直接断电，断电后仍须单独关掉各开关，应尽量避免出现这种情况。
9、电脑程序控制有相应的电脑控制界面，并可以对数据进行保留，可以按提示查出从实验开始到结束间任一时间的数据。
10、柜体在控制柜上可以操作整个实验，并可以观察实验进行的全过程。
四、实验操作步骤
1、打开高位槽 (1) 的上水阀，当高位槽出现溢流后打开各分阀及流量计 (2) 上的阀门，将流量调为20 L/h ，并使流量稳定；
2、打开搅拌器电源，慢速启动电机，将转速调至所需稳定值；
3、接通3台 DDS-11A 型电导率仪电源，并检查电极是否正常。
4、检查数模转换器联线，接通电源。若转换器显示值偏离零点较大，调节电导率仪的调零旋钮。
5、启动计算机，在 WindowsXP 桌面上双击图标启动本采集软件。系统在采集前，先进行“系统整定”，正常后单击“测定操作”进入“实验记录”子窗体。
6、用针筒在反应器的入口快速注入3mL mol/L 的氯化钾溶液，同时单击“实验记录”子窗体上的“启动”按钮或按下功能键“F5”，此时由计算机实时采集数据。
7、待反应器浓度不再变化后，单击“停止”按钮或按下功能键“F9”以结束采集。此时可由“视图”菜单选择显示分布函数和密度函数曲线。按“保存”图标
保存实验报告；单击“报告”按钮可浏览实验结果。 五、实验数据处理
根据实验结果，可以得到单釜与三釜的停留时间分布曲线，这里的物理量——电导值L 对应示踪剂浓度的变化；走纸的长度方向对应测定的时间，可以由记录仪走纸速度换算出来。然后用离散化方法，在曲线上相同时间间隔取点，一般可取20个数据点左右，再由公式（5），（7）分别计算出各自的t 和σt 2，及无因次方差
222/t t σσθ=。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。
若采用微机数据采集与分析处理系统，则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。停留时间分布曲线图与相应数据均可方便地保存或打印输出，减少了手工计算的工作量。 六、结果与讨论
1、计算出单釜与三釜系统的平均停留时间t ，并与理论值比较，分析偏差原因；
2、计算模型参数N ，讨论二种系统的返混程度大小；
3、讨论一下如何限制返混或加大返混程度。 七、思考题
1、为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的为什么我们又可以通过测定停留时间分布来研究返混呢
2、测定停留时间分布的方法有哪些本实验采用哪种方法
3、何谓返混返混的起因是什么限制返混的措施有哪些
4、何谓示踪剂有何要求本实验用什么作示踪剂
5、模型参数与实验中反应釜的个数有何不同为什么 八、主要符号说明
C (t )——t 时刻反应器内示踪剂浓度； E (t )——停留时间分布密度； F (t ) ——停留时间分布函数；
L t，L∞，L(t)——液体的电导值；
N——模型参数；
t ——时间；
V——液体体积流量；
t——数学期望，或平均停留时间；σt2，σθ2——方差；
θ——无因次时间。
实验13 食品添加剂柠檬酸钠的制备
一.实验目的
（1）学会用中和法制备柠檬酸钠的工艺方法和流程
（2）掌握中和、脱色、真空浓缩、结晶及干燥等工艺方法
（3）熟悉产品纯度的分析检测方法
二.实验原理
柠檬酸钠(Sodium Citrate)，又称枸橼酸钠，C6H5Na3O7，分子量，无色晶体或白色结晶粉末。在食品、饮料工业中用作风味剂、稳定剂；在医药工业中用作抗血凝剂、化痰药和利尿药；在洗涤剂工业中，可替代三聚磷酸钠作为无毒洗涤剂的助剂；还用于酿造、注射液、摄影药品和电镀等。柠檬汁中含有大量柠檬酸，柠檬酸与钙离子结合则成可溶性络合物，能缓解钙离子促使血液凝固的作用，可预防和治疗高血压和心肌梗死。因此，柠檬酸钠的用途极为广泛。
柠檬酸钠是目前最重要的柠檬酸盐，主要由淀粉类物质经发酵生成柠檬酸，再跟碱类物质中和而产生，具有以下优良性能：(1)安全无毒性能。由于制备柠檬酸钠的原料基本来源于粮食，因而对人类健康不会产生危害。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄人量不作任何限制。（2）优良生物降解性。柠檬酸钠经自然界大量的水稀释后，部分变成柠檬酸，柠檬酸在水中经氧、热、光、细菌以及微生物的作用，一般经乌头酸、衣康酸、柠康酸酑，最后转变为二氧化碳和水。（3）良好的金属离子络合能力。柠檬酸钠对Ca2+、Mg2+等金属离子具有良好的络合能力，对其他金属离子如Fe2+等离子也有很好的络合能力，因此正逐渐取代三聚磷酸钠用于无磷洗涤剂的生产。
本实验基于工业上生产柠檬酸钠的工艺流程，主要考察学生在工艺路线选择及技术经济方面的平衡能力。以柠檬酸为起始原料生产食品添加剂柠檬酸钠，采用中和法可以有不同的中和剂可供选择，如氢氧化钠，碳酸钠及碳酸氢钠等，比较不同中和剂时的原料消耗、能耗及可操作性，探索出制备柠檬酸钠的最佳工艺条件，提出经济可行、操作简便及安全环保的
合理工艺路线。同时熟悉化工生产中常见的间歇操作搅拌釜式反应器（BSTR ），中和脱色及过滤、真空浓缩及结晶、离心分离及洗晶、干燥、粉碎筛分等工艺操作过程，掌握产品质量控制方法及柠檬酸钠的分析规程。
三. 试验装置
图13 工业生产柠檬酸钠工艺流程图
1-中和反应釜；2-脱色过滤；3-真空浓缩釜；4-离心分离；5-振动干燥
工业上柠檬酸钠的生产原则流程如图13所示，主要包括中和反应、脱色过滤、真空浓缩、离心分离、振动干燥及筛分等过程。
本实验主要模拟工业流程做中和反应过程，其余工业过程可在工厂基地实地完成。 四、试验过程 1. 工艺流程的选择
由实验者自行选择中和剂NaOH 、Na 2CO 3或NaHCO 3，选择中和工艺的工艺参数，比如柠檬酸原料与碱的配比，中和反应过程的固液比（1:2, 1:4, 1:5）等。 2. 工艺参数的确定
根据实验者的选择，确定中和过程的工艺参数比如投料的方式，反应的温度及反应时间，中和结束时的pH 值；
1
柠檬酸
碱
确定脱色过程的脱色剂比如活性炭的加入量、脱色温度及时间；
确定真空浓缩的蒸发温度，真空度大小、浓缩比及浓缩液的密度（），确定晶种投入的量及加入的时间节点；
确定结晶的方式（保温结晶、冷却结晶）；离心分离，甩水洗晶。母液收集及循环使用；确定产品的干燥方式。
3. 产品纯度分析检测
参照附录方法，分析检测产品的纯度及其他指标。
五. 实验数据记录及处理
实验要求：
（1）每两个人做一组实验；
（2）独立操作和控制工艺过程；
（3）对比不同的实验工艺条件；
（4）计算产率并分别检测产品的纯度；
（5）提交完整的实验报告（要求技术讨论并引用参考文献）。
实验数据记录表：
室温：
思考题：
1.选择不同中和剂时，制备的柠檬酸钠的产品质量是否是否一样
2.最为经济合理的柠檬酸钠制备路线是那一条
3.中和过程中的液固比对反应过程及产品结果会有什么影响
4.总结归纳工业生产柠檬酸钠的流程与实验室制备的主要区别在哪里
附：MM_FS_CNG_0408食品添加剂柠檬酸钠的分析方法
MM_FS_CNG_0408 食品添加剂柠檬酸钠
1.适用范围
本标准适用于淀粉或糖质原料经发酵法生产制得的柠檬酸钠，在食品加工中作为调味剂、乳化剂、稳定剂等。
2. 化学名称、分子式、分子量
化学名称：2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸钠
分子式：C6H5O7Na3·2H2O
CH2—COONa
|
结构式： HO—C—COONa
|
CH2—COONa
分子量：（按1983年国际原子量）
3.技术要求
.性状：本品为白色或微黄色结晶粉末，无臭，味咸，在湿空气中微有潮解性，在热空气中有风化性。
.柠檬酸钠应符合下表要求。
.柠檬酸钠含量测定
4.1.1.试剂
0.1M标准高氯酸溶液：配制方法: 取无水冰醋酸（按含水量计算，每1g水加醋酐750mL，加入高氯酸（70%-72%），摇匀，在室温下缓缓滴加醋酐23mL，边加边摇，加完后再振摇均匀，放冷，加无水冰醋酸适量使成1000mL，摇匀，放置24小时。标定：取在105℃干燥至恒重的基准邻苯二甲酸氢钾约0.16g，精密称定，加无水冰醋酸20mL使溶解，加结晶紫指示液1滴，用本液缓缓滴定至蓝色，并将滴定的结果用空白试验校正。每1mL高氯酸滴定液（L）相当于的邻苯二甲酸氢钾。根据本液的消耗量与邻苯二甲酸氢钾的取用量，算出本液的浓度，即可。
结晶紫：％冰乙酸溶液，配制方法：取结晶紫0.5g，加冰醋酸100mL使溶解，即得。
冰乙酸；
乙酸酐。
4.1.2.测定方法
取试样约0.15g（称准至0.0001g），加冰乙酸10ml，加热溶解后，放冷。加乙酸酐10ml，加％结晶紫溶液2滴，用0.1M的高氯酸标准溶液滴定至溶液显蓝绿色，同时做空白滴定试验进行校正。
4.1.3.柠檬酸钠含量按下式计算。
柠檬酸钠（％，以C6H5O7Na3·2H2O计）＝N（V－V0）×
×100
m
式中：N ——高氯酸标准当量浓度；
V ——试样滴定耗用高氯酸标准溶液体积，ml；
V0 ——空白滴定耗用高氯酸标准溶液体积，ml；
M ——试样质量，g；
—— 1毫克当量柠檬酸钠的质量，g。
4.1.4.平行测定允许绝对偏差
柠檬酸钠含量平行测定允许绝对偏差为％。
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定 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描述返混程度，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、掌握多釜串联模型参数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。然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，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，而必须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dN/N 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 的物料所占的分率。 停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。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： E (t )dt ＝VC (t )/Q (1) ?∞ =0)(dt t VC Q (2) 所以 ? ? ∞ ∞ = = )() ()() ()(dt t C t C dt t VC t VC t E (3)
停留时间分布的测量
停留时间分布的测量 1 固体粒子停留时间分布测量 固体粒子停留时间测量方法有间接法和直接法两种.间接的测量是基于总的固体相速度和相分率,而直接法大多借助示踪剂进行测量. 采用示踪剂测量时.除要求示踪剂具有与被测体系有相同的流动行为外.还要求具有可辨别的其他物理或化学性质.诸如荧光性.导电性.红外或介电性等.最常用的示踪剂是颜色示踪剂.化学示踪剂.磁性示踪剂.放射性示踪剂等. (1)颜色示踪剂方法:对于具有透明壁的设备.颜色示踪剂无疑是简单易行的方法.对于多孔粒子.只需将颜料包埋到粒子中即可.对于非多孔粒子.最简单的方法是将颜料涂在表面.但由于表面的颜料容易脱落.影响测量精度.为此.最好能将颜料均匀地混到粒子中.当然无论是多孔或非多孔体系.颜料须与液相不相溶. 这种方法的优点是形象.直接.其缺点或局限性是要求设备具有透明壁和良好的观察设备.如遥控可移动的摄像机及其良好的光学系统,如果示踪剂被非示踪剂粒子包围.则无法检测到.从面影响精度,同时能够观察到的主要是壁附近的信息.有时难以代表整体的行为,实验后的粒子重新分拣通常是困难的.所以物料难以重复使用.废料的处理也是个问题. (2)化学示踪剂方法:这种示踪剂的化学组成是不同的.所有其他的物理性质与非示踪剂粒子相同.示踪剂必须不与体系中的其他组分发生反应.取样必须有代表性. 2 液相停留时间分布测量 液相停留时间分布常用的测量方法有染料示踪剂测量法.电导示踪法.折射指数法.放射性法和热示踪剂法等. 在采用示踪剂测量方法时.一般要求示踪剂的流动性质.特别是密度.粘度.界面张力和互溶性等必须尽可能接近于被测试介质.同时为了保证相似性.对于水溶性体系建议用水溶性电解质作为示踪剂.对于有机体系则采用可溶于有机物的物质作示踪剂. 如果混合体系中含有多孔固体.或者容器内壁.或内部构件易于吸收示踪剂.那么一些示踪剂就会被吸附到这些材料上.从而增大测量难度.此时就要设法选择一种不易被吸附的材料作示踪剂. (1)染料示踪剂测量法:这种测量方法的原理很简单.首先将示踪剂在进口区注入.如果釜壁是透明的.可以目测示踪剂的运动轨迹.通常是将相应的检测器置于进口和出口处.根据两处浓度的变化曲线计算停留时间分布.这种方法的优点是测量直接.迅速.成本低,缺点是对于非常深色的体系或重油的体系.难以找到合适的染料. (2)电导示踪法:这种方法通常用于被测体系是非电导的.面引入电导介质作示踪剂.电导率随浓度的不同而变化.常用的电解质有NaCl.KCl等.该方法具有简单.迅速.易于使用等优点,但一般只用于水溶性体系. (3)折射指数法:这种方法引入了折射指数.明显不同于被测体系的介质作为示踪剂的方法.测量原理类似于前面的方法.该方法使用简单.响应迅速,但也只适用于透明体系. 3 气相停留时间分布测量 气体停留时间的测量非常类似干前面用于固体粒子和液相体系的测量方法.其中化学示踪剂法是使用最广泛的一种测量方法.常用的示踪气体是氦.
3单釜与三釜串联反应器中的返混测定30分钟
实验二 单釜与多釜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。本实验目的为 (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N dN 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 ()()Q dt t C V dt t f ?= (1) ()? ∞ = dt t VC Q (2)
多釜串联
实验报告 课程名称： 化工专业实验1 指导老师： 黄灵仙 成绩：__________________ 实验名称： 多釜串联流动特性的测定 实验类型：___________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1．观察了解多釜串联的流动特性，并与理想流型特性曲线作比较。 2．掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布的实验方法及数据处理。 3．根据单个釜的流动特性推测四釜串联的理论流动特性，并与实际测量值进行比较。 二、实验内容和原理 1．对于等容积理想全混式多釜串联的流动，如用脉冲示踪法测定其出口浓度变化曲线，经过换算，可得到停留时间分布的密度函数E ( t )，即 1 ()(1)!N Nt N t N t E t e N t t -- ?? = ? -?? （1） 令-=t t /θ，代入上式 θ θθN N N e N N E ---=1)()!1()( （2） 式中 N —釜数 t — 整个装置的平均停留时间，(= N(V R )i / v) (V R )i — 每一小釜的体积 v — 流体流量 据式（1），（2）可计算一组理想全混式的流动曲线，如图一（a ）所示，由于实验测定的是出口浓度变化曲线C ( t ) ~ t ，如图一（b ）所示，经下列关系换算，可得E ( t ) ()()()C t C t E t Co Cdt ∞ = = ? 或写成离散型函数1 () ()n C t E t C t =- ?∑
停留时间分布与反应器答案(李绍芬)
5 停留时间分布与反应器 5.1设F(θ)及E(θ)分别为闭式流动反应器的停留时间分布函数及停留时间分布密度函数，θ为对比时间。 （1） （1） 若该反应器为活塞流反应器，试求 （a ） （a ） F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (2)若该反应器为全混流反应器，试求 （a ）F(1)(b)E(1)(c)F(0.8)(d)E(0.8)(e)E(1.2) (3) 若该反应器为一个非理想流动反应器，试求 （a ）F(∞)(b)F(0)(c)E(∞)(d)E(0)(e)0∞ ? ()E d θ? (f)0∞ ? ()E d θθ? 解：（1）因是活塞流反应器，故符合理想活塞流模型的停留时间分布，由（5.33-5.36）式可得： (a)F(1)=1.0(b)E(1)=∝(c)F(0.8)=0(d)E(0.8)=0(e)E(1.2)=0 （2） （2） 因是全混流反应器，故符合理想全混流模型的停留时间分布，由 （5.33-5.36）式可得： （a ）F(1)=1-e -1=0.6321 (b)E(1)=e -1=0.3679 (c)F(0.8)=1- e -0.8=0.5507 (d)E(0.8)= e -0.8=0.4493 (e)=E(1.2)=0.3012 （3） （3） 因是一个非理想流动反应器，故可得： （a ）F(∞)=1 (b)F(0)=0 (c)E(∞)=0 (d)E(0)>1 (e)0 ∞?()E d θ? =1 (f) 0 ∞ ? ()E d θθ? =1 5.2用阶跃法测定一闭式流动反应器的停留时间分布，得到离开反应器的示踪剂与时间的关系如下： 022 2313 ≤??=-≤≤??≥? ()t c t t t t 试求： （1） （1） 该反应器的停留时间分布函数F(θ)及分布密度函数E(θ)。 （2） （2） 数学期望θ及方差2 θσ。
实验8 连续流动反应器中的返混测定
实验8 连续流动反应器中的返混测定实验八连续流动反应器中的返混测定 1.目的及任务 1.1 实验目的 1.了解全混釜和多釜串联反应器的返混特性; 2.掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法; 3.了解停留时间分布与多釜串联模型的关系; 4.了解模型参数n的物理意义及计算方法。 1.2实验任务 1. 用脉冲示踪法测定单反应釜停留时间分布，确定返混程度; 2. 用脉冲示踪法测定三反应釜串联系统的停留时间分布，确定返混程度; 2.基本原理 在连续流动的釜式反应器内，激烈的搅拌使得反应器内物料发生混合，反应器出口处的物料会返回流动与进口处物料混合，形成空间上的返混;为限制空间返混的发生程度，通常从几何空间上将一个反应釜分成多个反应釜，可以使返混程度降低。 在连续流动的釜式反应器内，不同停留时间的物料之间的混合形成时间上的返混。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。
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及物料衡算，可知 QftdtVCtdt,,, ，，，，(1) 示踪剂加入量符合 , ，，Q,VCtdt(2) ,0 由(1)与(2)可得停留时间分布密度函数 VCtCt，，，，，，ft,, ,,(3) ，，，，VCtdtCtdt,,00 由此可见与示踪剂浓度成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，，，，，ftCt 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L成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即，这里，，，，ft,Lt，，，为t时刻的电导值，为无示踪剂时电导值。 Lt,L,LLLt,t? 停留时间分布密度函数在概率论中有二个特征值，即平均停留时间(数学期望)，，ft ,22t和方差。与的表达式为: ,,ttt ,tCtdt，，,,,0ttf，，tdt,, (4) ,,0，，Ctdt,0 ,,2222，，，，，，,,t,tftdt,tftdt,t (5) t,,00 ,t,采用离散形式表达，并取相同时间间隔则: ,,tCt,t,t,Lt，，，，t,, (6) ，，，，,Ct,t,Lt 22，，，，,tCt,tLt222，，,,,t,,t (7) t，，，，,Ct,Lt 222,,,,t若用无因次对比时间来表示，即，无因次方差。 ,,tt,t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。
反应工程实验讲义
单釜和多釜串联返混性能测定 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，从而掌握控制返混的措施。本实验目的为： 1．掌握停留时间分布的测定方法； 2．了解停留时间分布与多釜串联模型的关系； 3．了解模型参数N 的物理意义与计算方法。 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。返混程度的大小通常用物料在反应器内的停留时间分布来测定。然而，在测定不同状态的反应器内物料的停留时间分布时发现，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，而要借助于相关的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，需用概率分布的方法来定量描述。所用的概率分布分布函数为停留时间分布密度函数)(t E 和停留时间分布函数)(t F 。停留时间分布密度函数)(t E 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dt t +间的流体粒子所占的分率为N dN /为dt t F )(。停留时间分布函数)(t F 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，同时在出口液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 ) 2()()1(/)()(0?∞ ==dt t Vc Q Q dt t Vc dt t E 所以 ) 3()() ()() ()(0 ? ? ∞ ∞ = = dt t c t c dt t Vc t Vc t E 由此可见， )(t E 与示踪剂浓度)(t c 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)()(t L t F ∝，这里
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 一、 实验目的 (1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。 (4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。 (5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。 二、 实验原理 （1）停留时间分布 当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。停留时间分布和流动模型密切相关。流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。 对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。 （2）停留时间分布密度函数E (t ) 停留时间分布密度函数E (t )的定义： 当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即 ()=dN E t dt N (1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。 由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：
()1∞ =? E t dt （2） 不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。 平推流 全混流 非理想流动 图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图 （3）停留时间分布密度函数E (t )的测定 停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即： 亦即： ()()??=V C t dt E t dt Q 或 () ()?= V C t E t Q (3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg) C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
计算机控制釜式反应器返混性能测定实验说明书
计算机控制多釜串联返混性能测定实验 （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.通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。 2.掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。 3.学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性 （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棍。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dN/N 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 =? ()0Q Vc t dt ∞ =? ()() () () ()0 Vc t c t f t Vc tdt c t dt ∞ ∞ = = ? ? 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
化工专业实验：停留时间分布的测定
停留时间分布的测定 一、实验目的 1. 了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法； 2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法； 3. 掌握用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性。 二、实验原理 停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。 脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入主流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1形象地描述。 示踪剂加入示踪剂检测 Ｑ∞Q (a) 脉冲输入法 C C t=0 t (b) 脉冲输入(c) 出口响应 图1 脉冲法测停留时间分布 脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。若加入示踪剂后混合流体的流率为Q，出口处示踪剂浓度为C(t)，在dt时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt，由E(t)定义知E(t)dt是出口物料中停留时间在t与t+dt之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m 对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即 （１） 示踪剂的加入量可以用下式计算 （２） 在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出：
（３） 关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即 （４） 用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了 很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异，还需要引入另外两个统 计特征值，即数学期望和方差。 数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间_ t ，即 （５） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数，它的定义是： （６） 若采用无因次方差2Θσ则有22 2/t t σσΘ=对活塞流反应器02=Θσ,而对全混流反应器 12=Θσ;对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜串联模型描述。多釜串 联模型中的模型参数Ｎ可以由实验数据处理得到的 2Θσ来计算。 21N σΘ= （７） 当Ｎ为整数时，代表该非理想流动反应器可以用Ｎ个等体积的全混流反应器的串联来建 立模型。当Ｎ为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以用不等体积的全混流反 应器串联模型。 三、实验设备的特点 1. 本实验装置数据稳定,重现性好, 使用方便，安全可靠。 2. 本装置设备紧凑，功能齐全。 四、装置、流程及试剂
实验七-管式循环反应器停留时间测定
1.实验目的 1.了解连续均相管式循环反应器的返混特性； 2.掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法； 3.分析观察连续均相管式循环反应器的流动特性； 4.研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n； 5.用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布； 6.改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度； 7.观察循环反应器的流动特征。 2.基本原理 停留时间分布的实验在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内有足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。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。对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。 在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比R为： R= 循环物料的体积流量 离开反应器物料的体积流量 循环比R是连续均相管式反应器的重要特征，可自零变至无穷大。 当R=0时，相当于平推流管式反应器。 当R=∞时，相当于全混流反应器。 因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比R，得到不同返混程度的反应系统。一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。 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。 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及物料衡算，可知
多釜串并联返混实验装置
计算机控制多釜串并联 返混实验装置说明书 天津大学化工基础实验中心 2012．02
在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关以外，还与反应物料在反应器内停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器时开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然对流动反应器而言，停留时间不象间歇反应器那样是同一个值，而是存在着一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。 停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。 一、实验装置的基本功能和特点: 1.通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。 2.掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。 3.学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性。 二、实验装置简介： 1．实验装置流程图： 图一实验设备流程示意图 1-水箱；2-水泵：3-转子流量计；4，5-KCL的进样口；6、7-进水阀； 8-搅拌电机；9-釜式反应器；10-溢流口；11-电导电极；12-回流阀；
2．实验装置主要技术参数： 多釜式反应器直径110mm，高120mm，有机玻璃制成，3个。 单釜式反应器直径160mm，高120mm，有机玻璃制成，1个。 搅拌马达25W，转数90－1400转/分，无级变速调节 液体(水)流量计 4---40 L/h 3．实验原理： 停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。 脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入注流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1形象地描述。 由概率论知识可知，概率分布密度函数E(t)就是系统的停留时间分布密度函数。因此，E（t）dt就代表了流体粒子在反应器内停留时间介于t到t+dt之间的概率。 在反应器出口处测得的示踪剂浓度c(t)与时间t的关系曲线叫响应曲线。由响应曲线就可以计算出E（t）与时间t的关系，并绘出E（t）～t关系曲线。计算方法是对反应器作示踪剂的物料衡算，即 Qc(t)dt=mE(t)dt （1）式中Q表示主流体的流量，m为示踪剂的加入量。示踪剂的加入量可以用下式计
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定一、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描述返混程度，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、掌握多釜串联模型参数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。然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，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，而必须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dN/N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的物料所占的分率。 停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。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： E(t)dt＝VC(t)/Q (1) ?∞= )(dt t VC Q (2)
所以 ? ? ∞ ∞ = = )() ()() ()(dt t C t C dt t VC t VC t E (3) 由此可见E (t )与示踪剂浓度C (t )成正比。 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的电导值。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)＝L t －L ∞，L t 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 )在概率论中有二个特征值——平均停留时间（数学期望）t 和方差σt 2。 t 的表达式为： ???∞∞ ∞ = =00 )()()(dt t C dt t tC dt t tE t (4) 采用离散形式表达，并取相同时间间隔Δt ，则： )() ()()(t L t tL t t C t t tC t ∑∑=?∑?∑= (5) σt 2的表达式为： ??∞ ∞ -=-=0 220 22)()()(t dt t E t dt t E t t t σ (6) 也可采用离散形式表达，并取相同Δt ，则： 222 22 ) ()()()(t t L t L t t t C t C t t -∑∑=-∑∑=σ (7) 若用无因次对比时间θ来表示，即：t t /=θ， 无因次方差：222 t t σσθ=。 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
实验1 连续均相管式循环反应器中的返混实验
实验一 连续均相管式循环反应器中的返混实验 在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内由足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应。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。对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定。 在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混。若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混。返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比R 为： 流量 离开反应器物料的体积循环物料的体积流量 = R 循环比R 是连续均相管式循环反应器的重要特征，可自零变至无穷大。 当R=0时，相当于平推流管式反应器。 当R=∞时，相当于全混流反应器。 因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比R ，得到不同返混程度的反应系统。一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器。 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。 2.1 实验目的 (1) 了解连续均相管式循环反应器的返混特性。 (2) 分析观察连续均相管式循环反应器的流动特征 (3) 研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n 。 2.2 实验原理 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 ()()Q dt t C V dt t f ?= ()?∞ =0 dt t VC Q 所以 ()() ()() ()dt t C t C dt t VC t VC t f ??∞ ∞= = 由此可见()t f 与示踪剂浓度()t C 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()()t L t f ∝，这里()∞-=L L t L t ，t L 为t 时刻的电导值， ∞L 为无示踪剂时电导值。
多釜串联实验讲义(1)
实验十四 连续流动反应器中的返混测定 A 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。本实验目的为 (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。 B 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N dN 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 ()()Q dt t C V dt t f ?= (1) ()? ∞ = dt t VC Q (2)
停留时间分布测定个人总结
停留时间分布测定个人总结 专业化学工程与工艺 班级化工1102 姓名xxx 实验地点天津工业大学实训中心为期一周的停留时间分布测定实验终于告一段落，这是大学里最后一个集体实验，实验中我负责计时及数据记录。实验前我们查阅资料掌握了实验的基本原理及步骤，实验时通过老师的讲解和同学们互相讨论最终将一个个问题解决，顺利完成了整个实验。虽然实验原理并不难，但相似的步骤和漫长的数据记录还是要求我们耐心。经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。 这次的实验大致可以分为2大块，首先是管路的连接，这和我们以前做泵的串并联实验相似。只是要加入电导率仪。确定管路无误后。开始第二步，不同浓度的氯化钾的加入，然后记录时间。实验中有个问题需要注意，就是电导率仪的量程有限，因此需要把氯化钾稀释到百倍水平，不然会造成电导率仪爆表。下面是这次实验的几个思考题。 从所得结果，解释对理想情况偏离的产生原因？ 答：1管路中有少量气泡，计数的误差等有关。2.连接图中弯道过多。3.将示踪剂打进管路的地方离反应釜较远。 2思考研究停留时间分布在化学工程中有什么实际意义？
答：流体粒子在系统中的停留时间有长有短，有些很快便离开了系统，有些则经历很长一段时间才离开，从而形成停留时间分布。通过停留时间的测定，了解实际反应器内的流动状况及设备的性能，从而确定反应器是否符合工艺和制定改进设备的方案及措施。 3.选择氯化钾作示踪剂的优点有哪些？ 答：首先氯化钾在水中的溶解度很大，能够得到较大浓度的溶液，且分子量相对较大，这样作为示踪剂可以在溶液中停留相对较长的时间，容易进行捕捉和测量，且导电性能较好，容易测其电导率，因此具有较好的实验效果。
实验四：单釜与三釜串联返混性能测定
实验四：单釜与三釜串联返混性能测定 三釜实验数据处理表（釜一） T(s) V1(mv) L(t i) L(t i)·△t t i·L(t i)·△t i t i2·L(t i)·△t i 0 1.507 0 0 0 0 34 10.395 8.888 302.192 10274.528 349333.952 68 9.032 7.525 255.85 17397.8 1183050.4 102 7.895 6.388 217.192 22153.584 2259665.568 137 6.939 5.432 190.12 26046.44 3568362.28 171 6.104 4.597 156.298 26726.958 4570309.818 205 5.418 3.911 132.974 27259.67 5588232.35 239 4.821 3.314 112.676 26929.564 6436165.796 273 4.312 2.805 95.37 26036.01 7107830.73 307 3.893 2.386 81.124 24905.068 7645855.876 342 3.519 2.012 70.42 24083.64 8236604.88 376 3.197 1.69 57.46 21604.96 8123464.96 410 2.963 1.456 49.504 20296.64 8321622.4 444 2.717 1.21 41.14 18266.16 8110175.04 478 2.556 1.049 35.666 17048.348 8149110.344 512 2.361 0.854 29.036 14866.432 7611613.184 616 2.001 0.494 51.376 31647.616 19494931.46 719 1.807 0.3 30.9 22217.1 15974094.9 822 1.657 0.15 15.45 12699.9 10439317.8 926 1.578 0.071 7.384 6837.584 6331602.784 1029 1.536 0.029 2.987 3073.623 3162758.067 1132 1.503 -0.004 1236 1.484 -0.023 1339 1.473 -0.034 1442 1.465 -0.042 1546 1.453 -0.054 1649 1.453 -0.054 1752 1.454 -0.053 1857 1.445 -0.062 1961 1.444 -0.063 2064 1.445 -0.062 计算基准： 1.507 Σ1935.119 400371.625 142664102.6 t平均206.8976766 方差σt230917.03591 无因次方差σθ20.722248458 模型参数N 1.384565089
停留时间分布讲义3
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定 1实验的意义和目的 在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。 反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。 本实验的目的是： （1） 解反应器中物料返混的现象； （2） 掌握停留时间分布的实验测定方法； （3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法； （4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。 2实验原理 应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0 .()()p p p V C C dF t E t dt M C dt ∞===?； 分布函数：0 00 ()t t p p p C dt V C dt F t M C dt ∞==???； 平均停留时间：0 000 ()()p p t E t dt tC dt t E t dt C dt ∞∞∞∞?==????；
连续循环反应器中返混状况测定
实验名称：实验三连续循环反应器中返混状况测定模 块名称预习考查 题目权重 1、理想的连续循环反应器在循环比 R=0和R=∞时，将成为哪两种理想的 反应器？（） A、R=0时为全混流反应器；R=∞时为 平推流反应器 B、R=0时为平推流反应器；R=∞时为 全混流反应器 C、R=0时为无梯流反应器；R=∞时为 微分流反应器 D、R=0时为平推流反应器；R=∞时为 微分流反应器 2、以下对连续循环反应器的循环比的 定义，正确的说法是？（） A、循环体积流量与反应器入口体积流 量之比 B、反应器入口体积流量与循环体积流 量之比 C、循环体积流量与最终离开反应器物 料的体积流量之比 D、最终离开反应器物料的体积流量与 循环体积流量之比 3、描述返混程度的多釜串联模型参数 n，与连续循环反应器的循环比R的关 系式？（） A、增大循环比R，模型参数n将增大 B、增大循环比R，模型参数n将出现 极值 C、增大循环比R，模型参数n不变 D、增大循环比R，模型参数n将减小 4、在连续循环反应器中，限制返混的 措施有？多选（） A、填充固体填料 B、增大循环比R C、增大管径 D、提高高径比 5、实验采用饱和KCL水溶液作为示踪 剂的理由是？多选（） A、无毒无害，价廉易得 B、强电解质，电导率响应灵敏 20
C、易于溶解在测定体系中 D、不与体系发生化学反应 你的回答本模块得分[满分100] B|C|D|A,B,C,D|A,B,C,D 93 模 块名称仪器选择 题目权重 选错一次扣5分10 你的回答 本模块得分[满 分100] 正确答案：记录仪、微机、循环泵、 排液阀、填料塔 (红色圈所指示部 分)、电导仪、进水阀、循环流量计、 电极、注射器、流量计 做错次数：0 100 模 块名称操作步骤 题目权重 选错一次扣5分10 你的回答 本模块得分[满 分100] 正确答案： 做错次数：0 100 模 块名称实验报告--实 验目的 题目权重 请单击本次实验目的前的复选框作出 选择，答案不止一项。 A、了解连续均相管式循环反应器的返 混特性。 B、掌握电导仪表的通讯原理。 C、研究不同循环比下的返混程度，计 算模型参数n。 D、学习连续循环反应器的安装方法。 E、分析观察连续均相管式反应器的流 动特征。 5 你的回答 本模块得分[满 分100] A,C,E 100