釜式反应器的研究

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1、釜式反应器的研克卖验1前言物料在反应器内的停留时间分布是连续流动反应器的一个重要性质，可定量描述反应器内物料的流动特性。物料在反应器内停留时间不同，其反应的程度也不同。通过测定流动反应器停留吋间，即可出已知的化学反应速度计算反应器物料的岀口浓度、平均转化率，还可以了解反应器内物料的流动混合状况，确定实际反应器对理想反应器的偏离程度，从而找出改进和强化反应器的途径。通过测定停留时间分布，求出反应器的流动模型参数，为反应器的设计及放人提供依据。单个反应釜使反应达到最大返混，因此降低了反应速度。而多个反应釜串联操作可以减小反应物料的返混，因此增大了

2、反应速度。通过单釜和多釜吊联的反应器实验了解多釜串联影响反应速度的规律，为多釜串联的优化设计打下基础。影响反应速率的因素主要是单位反应物系中物料混合均匀程度、反应物浓度、反应温度及反应时间等。在由小试到中试到工业生产的放大过程中，研究放大过程中液相停留时间分布（RTD）的变化规律，可以合理、精确地描述实际反应器中物料流动及混合特性，得到最佳中试规模及放大规律。2实验目的（1）掌握停留时间分布的测定及其数据处理方法；（2）对反应器进行模拟计算及其结果的检验；（3）熟悉根据停留时间分布测定结果判定釜式反应器混合状况和改进反应器的方法；（4）了解单

3、釜反应器、串联釜式反应器对化学反应的影响规律，学会釜式反应器的配置方法。3实验内容（1）测定单釜反应器和串联反应釜的停留吋间分布；（2）将停留时间测试数据的处理结果与全混反应器和平推流反应器相比较，分析单釜和串联反应器的返混情况；（3）根据停留吋间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反应速度方程式计算反应器出口浓度和反应转化率，与全混反应器单釜和三釜串联的计算结果加以比较；（4）在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验，测定出口反应产物的旋光度，将出口浓度和反应转化率与上述计算结果进行比较及分析讨论。4实验原理在连续流动的反应器内，不同停留

4、吋间的物料之间的混合称为返混。连续操作的理想反应器冇2种，即平推流反应器和全混反应器。平推流反应器完全没有返混，而全混反应器则达到完全返混。二者分别描述了连续式反应器的两种极端情况，而实际反应器的返混状况介丁二者之间。但实际的管式反应器的混合状况更接近于平推流反应器，实际的釜式反应器更接近于全混反应器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留吋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冇不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留吋间分布的实验测定

5、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。停留时间分布的表示方法有两种，一种称为分布函数F（t）,其物理意义是停留吋间小于t的粒子所占的分率；另一种称为吋间分布密度因数E（t）,其物理意义是停留时间为t的粒子的概率。两个函数的关系为：E(t)=dF(t)/dt(1)蔗糖在酸催化下水解转化为果糖和葡萄糖的化学反应是一个典型的液相催化反应，其化学反应式如下：C12H22O11（蔗糖）+H2O—-C6H12O6（果糖）+C6H12O6（葡萄糖）水解反应可视为一级反应，其速率方程为：令g⑵积分上式得唱r⑶式屮Ca为t时蔗糖的浓度；k为

6、反应速度常数。蔗糖及其水解产物都为旋光物质,其比旋光度分别是;蔗糖［^120为66.65°,葡萄糖［⑵％为52.5°,果糖“覘为-91.9%D表示所用光波为钠黄光，其波长为589nm；止值表示右旋（使偏振面顺时针偏转），负值表示左旋（偏振面逆时针偏转）。由于果糖的左旋性大于葡萄糖的右旋性，随着反应的进行，反应产物的浓度逐渐增大，溶液的右旋性逐渐减少，以至经过0。角后转变为左旋。所以可用溶液的旋光度变化來度量反应的程度。溶液的旋光度为溶液屮各组分旋必度之和。溶液的浓度可分别表示为Ca°=F(o()—%)(4)CA=F(at—ax)(5)式中a0

7、>5、％分别表示反应时间为0、t、％时溶液的旋光度，对于给定的条件，血为常数；Ca为溶液的浓度；F为常数。可将(5)式改写为Ca=Fa(—Fag=Fai—B(6)从上式可以看出，对于一定初始浓度和PH值的蔗糖溶液來讲，随着水解反应的进行，通过测定溶液的旋光度，即可通过(6)式计算出溶液中的蔗糖浓度，因此口J算出相应水解产物的浓度。a。、％、5都是可以测定的，Ca°可以从反应器各物流的流量和浓度计算，由此可直接计算出F。因而可通过测定的5直接由(6)式算出CAo蔗糖水解是在常压下进行的。蔗糖水溶液以一定的进料速度进入反应器，产物以相同的速度从反

8、应器流出，保持反应器内物料体积恒定后，向反应器中加入一定量的示踪物，分析示踪物的浓度随时间的变化。因为注入示踪物所用时间极短，数量又少，所以可认为示踪物的流动行为与