热交换系数测定连续流动反应器中的返混测定

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1、热交换系数测定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，

2、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

3、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)o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)dto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

4、料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。1.1脉冲输入法：流体以流量V(m3/s)流进体积为V(m3)的反应器，当达到稳定状态时，在反应器入口处瞬间诸如M(kg)示踪剂,则在反应器出口端可观察到示踪剂浓度C(t)(kg/m3)随时间t(s)的变化。由停留时间分布密度函数的物理含义，进入反应器的示踪剂量M在停留时间(t,t+dt)间隔内示踪剂所占分率为(ptdto物料衡算得:A=⑴又(pt=Ctochttp://www.wenkul.coMdt=M/v0(ptdt=l故0000(2)Ctdt[s—1]1.2不踪剂实验中的示踪剂用KC1溶液，由于在一定的测量范围内KC1浓度

5、与电导值成正比，所以可以用电导电极作为传感器，在相应的反应器出口处测定其电导值，来跟踪示踪剂浓度的变化。电导值的确定：L(t)=Lt-Loo,Lt为t时刻的电导值，Loo为空白电导值。1.3数学期望t表物料在反应器中的平均停留时间，根据定义：数学期望t代t=0物料衡算得到的平均停留时间:(4)1.4方差o2t偏离程度。方差显示停留时间t与数学期望t的偏离程度越小越接近平推流。方差定义：22o2t(ptdt-tt=0ooV2•多级串联全混釜流动模型无因次时间02.1反应器中平均停留时间t和定义:=1)当t=t时无因次平均停o=t/t(推导得：(P0=以0为变量Ft=FO所以的方差

6、g2：e2no0=tdF0VdOmco(7)2.2多釜串联全混釜流动模型的建立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02与模型参数n存在关系为0g02⑻22

7、一釜与第三釜RTD•填料管式反应器系统管径