化学反应工程实验教学指导书

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1、实验一间歇搅拌釜式反应器气液流动特性实验一、实验目的⒈观察气泡在反应器内的分散和上升过程，了解不同流动区域的特点；2、掌握气液搅拌釜反应器总气含率的测定方法。3、加深对搅拌釜反应器操作过程及流动特性的理解。二、实验原理和内容1、实验原理：在搅拌桨的作用下，通过喷嘴进入反应器内的空气被破碎分散成许多气泡，随着搅拌转速或气流量的变化，这些气泡在搅拌釜反应器内的分散状态会发生明显改变。根据流动状态的型式，可以分为充分分散、填冲式分散和液泛三种典型的流动状态，其中后两种状态是在实际应用中需要避免发生的。本实验通过观察反应器内气泡分散状态的宏观特性以及测定搅拌转速、气流量与总气含率的

2、关系，可以对搅拌式反应器的特性加深了解。总气含率的测定原理：（1）其中为气含率，A为搅拌釜截面面积，H为通气后的液面高度，H0为未通气时液面的高度。2、实验内容：1、观察气泡在反应器内的分散和上升过程，记录并分析实验现象。2、测定气体在搅拌釜反应器内总持气量（或气含率）与气流量、搅拌转速的关系曲线。三、实验仪器装置本实验使用的是搅拌槽；搅拌浆为直叶轴流桨。装置流程见图1。图1搅拌实验装置流程图1—空压机；2—调节阀；3—流量计；4—气体分布器；5—搅拌浆；6—挡板；7—电机四、实验步骤1、打开总电源，各数字仪表显示“0”13。打开搅拌调速开关，慢慢转动调速旋纽，电机开始转动

3、，记录初始液面高度。2、开启空气压缩机，用气体流量计调节一定的空气流量输入到搅拌槽内，待流场稳定一定时间后，观察气泡分散过程并记录相应转速下的实验现象和液面高度。3、改变搅拌转速，重复步骤1、2，4、改变气流量，重复步骤1、2。五、实验注意事项1、改变转速和流量时保持电源开启，实验结束时一定把调速降为“0”，再关闭搅拌调速。2、实验过程中转速不能调得太高，一般在约100~900（r/min）之间，低转速时搅拌器的转动要均匀；高转速时以流体不出现旋涡为宜。3、实验中每调一个转速，待数据显示基本稳定后方可读数，同时注意观察流型及搅拌情况。每调节一个转速记录以下数据：转速（r/m

4、in）、空气流量、液面高度。六、实验报告要求1、每人一份实验报告；2、严格按照实验步骤注意记录实验数据，在坐标纸上画出-Q和-N的关系曲线；3、描述和讨论实验中观察到的各种现象。七、复习思考题1、搅拌釜气液反应器流动有何特点？2、你对装置有何改进意见？实验数据记录实验原始数据记录序号空气流量Q（m3/h）转速N（rpm）液面高度实验现象实验二填充管式反应器液体停留时间分布及流动模型参数的测定一、实验目的1、观察和了解连续流动的管式反应器的结构、流程和操作方法。2、掌握一种测定停留时间分布的实验技术，初步掌握液体连续流过管式反应器的流动模型的检验和模型参数的测定方法。3、通过

5、实验加深对于停留时间分布与返混的概念，以及有关流动特性教学模型的概念、原理和研究方法的理解。13二、实验原理流体流经反应器的流动状况，可以采用激发——响应技术，通过实验测定停留时间分布的方法，以一定的表达方式加以描述。本实验采用的脉冲激发方法是在设备入口处，向主体流体瞬时注入少量示踪剂，与此同时在设备入口处检测示踪剂的浓度C(t)随时间t的变化关系数据或变化关系曲线。由实验测得的C(t)—t变化关系曲线可以直接转换为停留时间分布密度E(t)—t随时间t的关系曲线，如图1所示。由实验测得的E(t)—t曲线的图像，可以定性判断流体流经反应器的流动状况。(a)(b)图1停留时间分

6、布的的实验曲线由停留时间分布属于随机变量的分布，除了用上述直观图像加以描述外，通常还可以采用一些特征数来表征分布的特征。概率论上表征这种分布的数字特征主要是数学期望和方差。(1)停留时间分布的数学期望，随机变量的数学期望也就是该变量的平均数。流体流经反应器的停留时间分布的数学期望的定义式为(1)如果取等时间间隔的离散数据，即Δti为定值，则停留时间的数学期望可按下式计算：(2)本实验以水为主流流体，氯化钾饱和溶液为示踪剂。当水的进出口体积流率恒为Vs，示踪剂的注入量为no时，则停留时间分布密度与示踪剂浓度的关系为(3)本实验采用电导率仪测定反应器出口处的示踪剂浓度，且已知水

7、溶液中电导率与水溶液中氯化钾的浓度C(t)呈过原点的线性关系又知电导率仪输出的电压显示值U(t)呈线性关系，则通流时间分布密度E(t)与电压显示值U(t)存在如下关系：(4)式中K为换算系数在一定测试条件下为一常数。由此，可将是(2)经过变换，停留时间分布的数学期望由可按下式计算：13(5)如果流体流经反应器无密度变化，即体积流率Vs为恒定值，且反应器经出口无返混，则可按下式计算平均应留时间：(6)式中为反应器的固体填充层总自由体积，为固体填充层的空隙率，V为反应器的固体填充层总堆积体积。(2)停留时间分布的方差，