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)所以()()()()()dtt C t C dt t VC t VC t f ⎰⎰∞∞==(3)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KNO 3作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。
在一定范围内，KNO 3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。
停留时间分布密度函数()t f 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2t σ。
-t 的表达式为：()()()⎰⎰⎰∞∞∞-==0dtt C dt t tC dt t tf t (4) 采用离散形式表达，并取相同时间间隔,t ∆则：()()()()t L t L t t t C t t tC t ∑⋅∑=∆∑∆∑=-(5)2t σ的表达式为：()()()202022t dt t f t dt t f t t t -=-=⎰⎰∞∞σ (6)也用离散形式表达，并取相同t ∆，则：()()()()()22222t 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222t t σσθ＝ 。
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2θσ与模型参数n 存在关系为21θσ=n (8)当 1=n ，12=θσ ，为全混釜特征；当∞→n ，02→θσ， 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。
主要符号说明()t C - t 时刻反应器内示踪剂浓度； ()t f - 停留时间分布密度； ()t F - 停留时间分布函数； ()t L 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；22,θσσt - 方差；θ - 无因次时间。
三、实验装置与流程1、实验装置实验装置如图1所示2、实验流程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，水分别从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，并由电脑自动录下来。
图2–22 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；10–四笔记录仪或微机图1单釜与多釜流程示意图四、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20L/h，保持流量稳定。
通电，开启电源开关。
2．打开计算机，在“工艺流程”界面上输入相应的转子流量计读数，并单击相应的实验类型按钮，单釜实验点“单釜”按钮，三釜实验点“三釜”按钮。
3. 开电导仪并调整好，以备测量；开动搅拌装置，转速在300r/min。
(3）待系统稳定后，打开“实时采集”界面，输入电磁阀打开时间（通常为15s），然后单击“开始”按钮后，电磁阀打开，迅速注入示踪剂，同时计算机开始记录电导率数据。
当达到设定时间时，电磁阀自动关闭。
观察电导率变化趋势，当电脑记录显示的曲线在2min 内觉察不到变化时，即认为终点已到，，单击“停止”按钮，停止采集，然后切记点击“保存”按钮，保存实验数据。
数据文件保存路径为：C:\Program Files\多釜串联监控软件\data。
(4)关闭仪器，电源，水源，排清釜中料液，实验结束。
五、实验数据处理根据上述实验测得的数据填写到下表：实验日期：实验人员：学号：温度：流量：电磁阀开启时间：六、实验报告本实验采用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，由计算机自动计算平均停留时间、方差、无因次方差和模型参数。
相应数据均可方便地保存，减少了手工计算的工作量。
具体操作如下：保存好实时数据后，打开“历史记录”界面，单击“数据文件名”框,选择并读入要处理的数据文件，初始化各釜曲线的开始时间、终止时间、基线的默认值（默认值设置开始时间为零时刻，终止时间为停止记录时刻，基线为曲线最小值点）。
按“开始计算”按钮，程序自动计算出平均停留时间、方差、无因次方差及模拟参数。
七、思考题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。
远程操作举例说明具体步骤：一、操作界面的使用与说明此软件共有4个操作界面：以下说明中的"鼠标单击"为单击鼠标的左键.1）主画面，标题及版本信息。
2）工艺流程，实验设备工艺流程图、输入有关实验参数；开始采集电导率数据之前，要先在界面上输入相应的转子流量计读数，并单击相应的实验类型按钮，单釜实验点“单釜”按钮，三釜实验点“三釜”按钮。
3）实时采集，输入操作员号，设定阀开时间；操作开始新实验并记录数据、停止记录、保存数据。
修改阀开时间，并单击“开始”按钮后，趋势图的横、纵坐标将会自动做相应的调整。
当单击“开始”开始记录数据后, "保存数据"无效。
开始采集时的界面：4）历史记录，读入要处理的数据文件，开始计算、保存结果以及曲线变换等。
首先, 单击“数据文件名”框,选择并读入要处理的数据文件，初始化各釜曲线的开始时间、终止时间、基线的默认值（默认值设置开始时间为零时刻，终止时间为停止记录时刻，基线为曲线最小值点）。
按“开始计算”按钮，程序自动计算出平均停留时间、方差、无因次方差及模拟参数。
按“保存结果”按钮将结果保存在文件中，此文件的主文件名为对应数据文件的主文件名，其扩展名为var。
二、关于数据文件名的命名规则文件名由程序自动生成,主文件名由实验的日期时间(计算机系统的年月日时分)构成：第1,2 个字符是日期的“年”，用00 ～99 表示，第 3 个字符是日期的“月”，用 1 ～9,A,B,C 表示12 个月，第4,5 个字符是日期的“日”，用01 ～31 表示，第6,7 个字符是时间的“时”，用00 ～23 表示，第8 个字符是时间的“分/6”，用0～9表示，文件的扩展名使用，由一个字母和二位数字组成。
其中字母表示班级，数字表示学号。
自动使用仪表界面中由用户输入的“操作员号”的左边三位半角ASCII字符。
例如：01525176.a00 表示是2001年5月25日17时36～42分之间开始的实验。
三、关于数据文件的数据存储格式数据文件中的数据以ASCII格式（即纯文本方式）存放，因此数据文件可被微软EXECL 软件读入并处理。
其中前部是有关参数及说明, 随后是若干行数据,每行数据包括。
单釜与三釜串联连续流动反应器中的返混测定实验目的
实验操作步骤及注意事项
1. 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；
2. 开启电导率仪，校正后置于“测Ⅱ”档； 3. 开启搅拌装置，转速设置为：单釜 150 rpm ，三釜 300 rpm 。
单釜与三釜串联连续流动反应器中的返 混测定
实验目的
1. 掌握停留时间分布的测定方法； 2. 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； 3. 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系； 4. 掌握多釜串联模型参数的物理意义及计算
方法
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。
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 VC(t)dt
V — 流入系统的流体体积流量;
Q E (t)d tVC (t)dtQ — 示踪剂的量; C(t) — t时刻系统出口流体中的示踪剂
5. 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。
实验1连续均相管式循环反应器中的返混实验
实验1连续均相管式循环反应器中的返混实验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：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。
单釜与三釜串联反应器中的返混实验
一、实验目的1、了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法；2、了解多釜串联模型中模型参数N的的计算方法和物理意义；3、掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。
二、实验原理在连续操作的反应器内，由于空间的反向运动和不均匀流动造成不同年龄的粒子或微团间的混合成为返混。
返混程度的大小一般难以直接测定，通常是利用无聊停留时间分布的测定来研究返混程度。
但是返混和停留时间两者之间并存在一一对应关系，即具有相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，因此，不能直接把测定的停留时间用于描述微团间充分混合系统的返混程度，而要借助于符合实际流动的模型方法。
物料在反应器中的停留时间完全是随机过程，根据概率统计理论，可籍用两种概率分布定量地描述物料在流动系统中的停留时间分布，这两种概率分布为停留时间分布函数F⑴和停留时间分布密度函数E⑴。
停留时间分布密度函数E(t)的定义是：在定常态的连续流动的系统中，相对于某瞬间t=0 的流入反应器的流体，在反应器出口流体的质点中在器内停留了t与t+dt之间的流体的质点所占得分率应为E⑴出。
停留时间分布函数F(t)的定义为：在定常态的连续流动的系统中，相对于某瞬间t=0的流入反应器的物料,在反应器出口料流中停留时间少于t的物料所占得分率。
根据定义E(t)和F(t)的关系为:F(t)= S,E(t)dt.停留时间分布的实验测定有脉冲法、阶跃法等。
本实验采用脉冲法，当被测系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量M的示踪剂，同时开始在出口流体中检测示踪剂的浓度变化。
根据停留时间分布密度函数E(t)的意义，可知在t=0时注入示踪剂，其停留时间分布密度必按E(t)函数分配，因此可预计停留时间介于t至t+dt间的那部分示踪剂物料量为M EQ)dt,必将在t至t+dt自系统的出口流出，气量为V∙C(∕)力，故M ∙E⑴dl = V ∙C(t)dt(9-1)叫、VC(t)V ∙C(r)C(r) SZn E{t) = ----- = ∙≠ ------------- = -P- ------- ( 9-2 )M rv c(t)dt kc(f)df0 0式中：V——流体体积流量M 示踪计量C(t)——t时刻在出口流体中的示踪剂浓度由(9-2)式可以看出，所测反应器系统中物料的停留时间分布密度函数E(t)正比于反应器出口示踪剂浓度。
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 ⎰⎰∞∞==)()()()()(dtt C t C dtt 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。
单釜与三釜串联反应器中的返混测定
单釜与三釜串联反应器中的返混测定反应器的返混是指将已经进入反应器中的混合物进行混合，以确保反应器内物质的均匀性。
在化工生产中，为了保证生产的效率和产品的质量，保持反应器中物质的均匀性是非常关键的。
对于单釜和三釜串联反应器来说，返混的设计和实现都是非常重要的。
单釜反应器和三釜串联反应器在设计方面是有区别的。
单釜反应器是目前化工生产中大量使用的反应器之一。
它适用于单一反应、无需大量中间体反应、反应加热可控的反应。
单釜反应器一般会在反应结束后进行一段时间的返混，来确保反应结束后混合物的均匀性。
三釜串联反应器则是存在多个反应阶段，每个反应阶段的前提是下一个阶段反应物浓度不影响前一阶段的反应。
每个阶段都要进行一定时间的返混，以确保混合物的均匀性，然后再进入下一阶段的反应。
因为三釜反应器有多个反应阶段，因此它需要更加复杂的返混和对反应条件的控制。
1.返混时间返混时间是指反应器内混合物不断被搅拌，从而保证混合物的均匀性的时间。
在单釜反应器中，返混时间一般在反应结束后进行。
在三釜串联反应器中，每个反应阶段都需要进行一定时间的返混，通常是几分钟到几十分钟不等。
2.搅拌方式搅拌是返混的主要方式。
对于单釜反应器来说，通常使用机械搅拌或气液搅拌进行返混。
在三釜串联反应器中，由于需要控制多个反应阶段的混合物均匀性，因此会使用更加复杂的搅拌方式，如回流、虹吸等。
3.叠加方式叠加方式是指在反应器中不同位置混合物的叠加方式。
对于单釜反应器，通常分批加入反应物，然后在返混时进行混合。
在三釜串联反应器中，则需要考虑不同阶段反应混合物的叠加方式，如反向叠加、顺向叠加等。
4.温度控制返混对于反应器的温度控制也是非常关键的。
在返混过程中，需要考虑反应器内的温度分布和加热方式，以确保反应器内混合物的温度均匀，从而避免局部反应和物质积聚。
综上所述，单釜反应器和三釜串联反应器在返混的设计和实现上有所不同，但是都需要考虑返混时间、搅拌方式、叠加方式和温度控制等因素，以保证反应器内混合物的均匀性，从而保证了反应的效率和产品的质量。
单釜与三釜串联连续流动反应器中的返混测定实验目的
02
通过比较单釜与三釜串联连续流动反应器的优缺点，有助于优化生产工流动反应器的返混效果对产品质量和生产效率 的影响，采取有效措施降低返混程度，提高反应效率和产物质量。
THANKS
物料的输入和输出。
搅拌装置
03
搅拌装置是单釜连续流动反应器的关键部分，用于促进物料混
合和化学反应的进行。
单釜连续流动反应器的特点
01
02
03
操作简便
适用于多种反应
高转化率和选择性
单釜连续流动反应器结构简单， 操作方便，易于实现自动化控制。
单釜连续流动反应器适用于多种 类型的化学反应，如聚合、酯化、 水解等。
数据分析
对实验数据进行统计分析，计算 返混程度的各项指标，如停留时 间分布、混合指数等。
结果比较
比较单釜与三釜串联连续流动反 应器的返混程度，分析不同结构 对流体混合效果的影响。
结论总结
根据实验结果分析，总结出不同 连续流动反应器的优缺点，为实 际生产中的反应器选择和优化提 供依据。
05
单釜与三釜串联连续流动反 应器的返混效果比较
稳定性
连续流动模式有助于减少返混和波动，提高实验 结果的稳定性。
三釜串联连续流动反应器的应用场景
化学合成
适用于需要多步骤连续反应的合成过程，如药物生产、染料合成 等。
生物反应
可用于培养微生物或细胞，进行发酵、酶催化等生物转化过程。
环境治理
处理有毒有害物质，实现废气、废水的净化或资源化利用。
04
返混测定实验方法
通过优化进料速度、搅拌速度和 温度等参数，可以实现高转化率 和选择性。
单釜连续流动反应器的应用场景
化工生产
单釜连续流动反应器广泛应用于化工生产中，如石油化工、 精细化工等领域。
化学反应工程第三章答案
3 釜式反应器3。
1在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：325325+→+CH COOC H NaOH CH COONa C H OH该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。
反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0。
02mol/l ，反应速率常数等于5。
6l/mol.min 。
要求最终转化率达到95％.试问:（1） （1） 当反应器的反应体积为1m 3时,需要多长的反应时间？ （2） （2） 若反应器的反应体积为2m 3，，所需的反应时间又是多少？解：（1）00222000001()(1)110.95169.6min(2.83)5.60.0210.95===⨯---=⨯=⨯-⎰⎰AfAf X X A A AA A A A A AA A dX dX X t C C R k C X kC X h(2) 因为间歇反应器的反应时间与反应器的大小无关，所以反应时间仍为2。
83h 。
3。
2拟在等温间歇反应器中进行氯乙醇的皂化反应：223222+→++CH ClCH OH NaHCO CH OHCH OH NaCl CO以生产乙二醇，产量为20㎏/h ，使用15％（重量）的NaHCO 3水溶液及30%(重量）的氯乙醇水溶液作原料，反应器装料中氯乙醇和碳酸氢钠的摩尔比为1:1，混合液的比重为1.02.该反应对氯乙醇和碳酸氢钠均为一级，在反应温度下反应速率常数等于5.2l/mol 。
h ，要求转化率达到95%。
（1） （1) 若辅助时间为0.5h ，试计算反应器的有效体积； （2） （2） 若装填系数取0.75，试计算反应器的实际体积.解：氯乙醇,碳酸氢钠，和乙二醇的分子量分别为80。
5，84 和 62kg/kmol,每小时产乙二醇：20/62=0.3226 kmol/h每小时需氯乙醇：0.326680.591.11/0.9530%⨯=⨯kg h每小时需碳酸氢钠:0.326684190.2/0.9515%⨯=⨯kg h原料体积流量:091.11190.2275.8/1.02+==Q l h氯乙醇初始浓度：00.32661000 1.231/0.95275.8⨯==⨯A C mol l反应时间：02000110.952.968(1) 5.2 1.23110.95===⨯=-⨯-⎰⎰AfAf X X A A A A B A A dX dX t C h kC C kC X 反应体积：0(')275.8(2.9680.5)956.5=+=⨯+=r V Q t t l（2） （2） 反应器的实际体积：956.512750.75===r V V l f3。
连续流动反应器中的返混测定
【题目】连续流动反应器中的返混测定化学工程与工艺黄心权 1153643【实验背景】本实验借助对实际反应器单釜、多釜串联和管式固定床反应器的停留时间分布（RTD）的测定。
并应用数学模型来揭示实际反应器返混程度大小。
【实验目的】（1）掌握停留时间分布的测定方法（脉冲示踪剂法）；（2）了解停留时间分布与多釜串联模型建立的关系；（3）了解模型参数N的物理意义及计算方法；（4）掌握离散法处理实验数据的方法。
【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。
反应器中的理想分为两种流动模型：平推流和全混流。
平推流反应器中不存在返混，物流质点在反应器中具有相同的停留时间，而全回流反应器的返混程度为无穷大，物料质点在反应器中具有停留时间分布。
对非理想流动的反应器，物料质点的流动则偏离此两种流动模型。
无论在管式或者在连续流动釜式反应器中都存着着不同程度的返混和停留时间分布。
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，连续流动反应器中的返混程度是借助测定反应器中的物料停留时间分布，运用概率论中的随机变量分布及其数值特征，建立数学模型来描述。
1.连续流动反应器中停留时间分布的数学描述：物料在连续反应器的停留时间分布的描述方法有阶跃输入法和脉冲输入法等。
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。
多釜串联反应器中返混状况测定
实验名称：实验二多釜串联反应器中返混状况测定模块名称预习考查题目权重1、釜式串联反应器中，脉冲示踪法对示踪剂的要求是：（多选）（）A、示踪剂与流体互溶B、能与流体发生反应C、无色透明D、容易检测2、对釜式反应器中的返混能起到有限限制的措施是?( )A、加强物料的搅拌混和B、将一个釜分割为多个串联的釜C、增大操作空速D、增大操作空时3、单釜和三釜串联这两个系统，搅拌转速大小选择的依据是？（）A、反应器内均达到或尽可能地接近全混B、搅拌电机的功率决定C、两个系统中反应器的混和程度接近D、桨叶的形式决定4、本实验中测定停留时间分布的方法和采用的示踪剂是？（）A、周期输入法，饱和的KCL溶液B、阶跃示踪法，饱和的NaNO3溶液C、脉冲示踪法，饱和的KCL溶液D、正逆交叉输入法，饱和的NaNO3溶液5、本实验采用的停留时间测定方法，可以直接获取？（）A、停留时间分布参数B、轴向扩散系数C、停留时间分布密度函数D、多釜串联模型参数20你的回答本模块得分[满分100]A,D|B|A|C|A,D 100模仪器选择题目权重块名称选错一次扣5分10你的回答本模块得分[满分100]正确答案：微机、转子流量计、全混釜（1L）、全混釜（3L）、电导率仪、电导电极、电机做错次数：0100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：D、开启自来水龙头。
E、调节设备上“主流量”流量计，使流量为20L/hr。
G、开启设备电源，观察电导率仪表的读数。
F、开启计算机上的在线检测程序，输入相关参数，进入数据采集界面。
C、用带针头的针筒取1-2毫升示踪剂饱和氯化钾水溶液，迅速注入单管反应器前的示踪剂注入口，同时点击数据采集界面右下方的“开始”按钮。
B、待曲线走平，y轴（即电导率值）不再发生变化时，停止数据采集，并打印实验结果。
A、开启循环泵，调节“循环量”流量大小，循环比为3时60升/小时（或1.0升/分），循环比为6时120升/小时（或2.0升/分）。
实验四_多釜串联返混性能测定
实验四 多釜串联返混性能测定
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实验原理(续)
停留时间分布密度函数 f(t)正比于反应器出口 示踪剂的浓度.因此，本实验中用水作为物料，
使用饱和KCl溶液作为示踪剂，在系统出口处 安装了一套电导检测系统。由于在一定的KCl 水溶液浓度范围内，其浓度正比于电导值。显 然，所测系统的物料停留时间密度函数正比于 系统出口处KCl水溶液的电导值，即 E(t)∝L(t),L(t)为t时刻水溶液的电导值。
实验装置图
实验流程图
实验四 多釜串联返混性能测定
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4 操作步骤
4.1 准备工作 (1)将饱和KCl液体注入标有KCl的储瓶内，将 水注入标有H2O的储瓶内。 (2)连接好入水管线，打开自来水阀门，使管 路充满水。 (3)检查电极导线连接是否正确。
实验四 多釜串联返混性能测定
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4.2 操作步骤(续)
(1)打开总电源开关、水位控制开关、入水阀门， 当水位指示绿灯亮后，打开进水转子流量计的 阀门,调节水流量维持在30升/时 。
(2)分别开启三个釜的搅拌，后再调节马达转速， 使三釜搅拌程度大致相同。开启电磁阀和电导 仪并校正，使电导仪表针指示为满刻度1.0。 将拨钮扳至“测量”位置，准备测量。
实验四 多釜串联返混性能测定
通常是在固定搅拌马达转数和液体流量的条件下加入示踪剂由各级反应釜流出口测定示踪剂浓度随时间变化曲线再通过数据处理得以证明返混对釜式反应器的影响并能通过计算机得到停留时间分布密度函数及多釜串联流动模型的关系
实验四_多釜串联返混性 能测定
综述
多釜串联返混实验装置是测定带搅拌器的釜 式反应器中物料返混情况的一种设备。通常 是在固定搅拌马达转数和液体流量的条件下， 加入示踪剂，由各级反应釜流出口测定示踪 剂浓度随时间变化曲线，再通过数据处理得 以证明返混对釜式反应器的影响，并能通过 计算机得到停留时间分布密度函数及多釜串 联流动模型的关系。