实验8 连续均相反应器停留时间分布的测定
一、实验目的
1．了解停留时间分布实验测定方法及数据的处理方法；
2．通过脉冲示踪法测定实验反应器内示踪剂浓度隨时间的変化关系；
3．求出停留时间分布密度函数E（t）和停留时间分布函数F（t）、停留时间分布数学特征值——数学期望和方差，并和多级混合模型或轴向扩散模型关联，确定模型参数——虚拟级数N或Pe。
二、实验原理
由于连续流动反应器内流体速度分布不均匀，或某些流体微元运动方向与主体流动方向相反及内部构件等原因，使反应器内流体流动产生不同程度的返混。在反应器设计、放大和操作时，往往需要知道反应器中返混程度的大小。通过停留时间分布测定能定量描述返混程度的大小。因此停留时间分布测定技术在化学反应工程领域中有一定的地位。
停留时间分布可用分布函数F（t）和分布密度函数E（t）来表示，两者的关系为：
F(t)??E(t)dt （2-8-1）
0tdF(t)E(t)? （2-8-2）
dt测定停留时间分布最常用的方法是阶跃示踪法和脉冲示踪法。 阶跃法：
C(t)F(t)?C0脉冲法：
（2-8-3）
E(t)?UC(t)Q? （2-8-4） 式中：C(t)—时间t时反应器出口的示踪剂浓度。Co—阶跃示踪时反应器入口的示踪剂浓度。
U—流体的流量 Qλ—脉冲示踪瞬间注入的示踪剂量。
1
由此可见，若采用阶跃示踪法，测定出口示踪物浓度变化，即可得到F（t）函数；而采用脉冲示踪法，则测定出口示踪物浓度变化，就可得到E（t）函数。
三、实验装置和流程
本实验采用脉冲示踪法分别测定单釜与三釜串联反应器、管式反应器、滴流床反应器的停留时间分布，测定是在不存在化学反应的情况下进行的。实验流程见图2-8-1、图2-8-2和图2-8-3。
图2-8-1 三釜串联实验流程图
图2-8-2 单釜与三釜串联实验流程图
2
图2-8-3 管式反应器和滴流床反应器
图2-8-4 连续均相反应器停留时间分布实验计算机界面图1
3
图2-8-5 停留时间分布测定实验装置
图2-8-6 停留时间分布测定实验装置
4
四、实验步骤
1．开启高位槽的上水阀，当高位槽出现溢流后再开启各组实验装置分阀及流量计上的阀门，并将流量调为规定值，保持高位槽溢流状态，使流量稳定；
2．接通搅拌器电源，慢速启动电机，将转速调至所需稳定值； 3．接通各电导率仪电源，调整电极常数与电极上标出的数值一致； 4．检查数模转换器联线，接通电源；
5．启动计算机，在Windows桌面上双击图标启动本采集软件，计算机界面图见图2-8-4 。
6．用针筒在反应器的入口快速注入一定量的1.7N的氯化钾溶液，同时单击“开始实验” ,此时由计算机实时采集数据；
7．待反应器浓度不再变化后，单击“退出”以结束采集。接着退出 “组态环境”进入数据计算与分析”，可浏览实验结果，最后可打印出计算结果与图形。
五、实验数据记录
实验数据列于表8-2-1和表8-2-2。
表8-2-1 实验条件
反应器类型 单釜与三釜串联反应器 三釜串联反应器 流量（L/m） 示踪剂注入体积（ml） 反应器装水体积（ml） 管式反应器 滴流床反应器 注：每人做一种类型实验
5