实验一 管式反应器流动特性测定实验指导书(20151016).pdf

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1、管式反应器流动特性实验指导书管式反应器流动特性测定实验指导书第1页共8页管式反应器流动特性实验指导书管式反应器流动特性测定实验一．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。二、实验原理及要点在工业生产上，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

2、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：循环物料的体积流量R离开反应器物料的体积流量其中，离开反应器物料的体积流量就等于进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

3、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第2页共8页管式反应器流动特性实验指导书研究。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

4、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，可知ftdtVCtdtQQVCtdt0VCtCt所以ftVCtdtCtdt00由于电导率与浓度之间存在线性关系，故可以直接对电导率进行复化辛普森积分，其公式如下：hn1n1f(t)dtf(a)4f(x1)2f(xk)f(b)0

5、6kk02k1其中，h—为所记录数据的总时间；n—为所要处理的数据个数；a—为第一组数据；b—为最后一组数据；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，浓度KCl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ftLt，这里LtLtL，Lt为t时刻的电导值，L∞为无示踪剂时电导值。第3页共8页管式反应器流动特性实验指导书由实验测定的停留时间分布密度函数ft，有两个重要的特

6、征值，即平均停留2时间t和方差，可由实验数据计算得到。若用离散形式表达，并取相同时间间隔tt,则：tCtttLt0tC(t)dt0tL(t)dttttL(t)dtCttLt0C(t)dtL(t)dt0022tCtdt222220ttCtdtttLtdttt00Ctdt0若用无因次对比时间来表示，即＝tt，222无因次方差＝t。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

7、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，2并得到无因次方差与模型参数n存在关系为：122n2tt第4页共8页管式反应器流动特性实验指导书三、装置与流程DJPBBYQPIGSYTTLTBVRF0.1～1L/min自来水RVFBV4

8、0～400ml/minZVP水槽RF大扬程泵ZVFBV浮球阀P磁力泵RVEVRF转子流量计PI压力表ZVPEV电磁阀小扬程泵TBV三通球阀ZV闸阀DJ电极ZVPB示踪剂瓶BYQ补压球CPYGSY受液管TTL填料塔CPY排水槽管式反应器流动特性的测定装置天津市天大北洋化工实验设备有限公司管式反应器流动特性实验工艺流程图