1化学反应工程实验指导书孟锦宏高景龙王娉2沈阳理工大学环境与化学工程学院化学工程与工艺教研室2007-11-63实验一串联流动反应器停留时间分布的测定在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关以外，还与反应物料在反应器内停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器时开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然流动反应器的停留时间与间歇反应器不同，而是存在着一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。一．实验目的1.通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。2.掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。3.学会用理想反应器的串联模型来描述实验系统的流动特性。二．实验原理停留时间分布测定所采用的方法主要是示踪响应法。它的基本思路是：在反应器入口以一定的方式加入示踪剂，然后通过测量反应器出口处示踪剂浓度的变化，间接地描述反应器内流体的停留时间。常用的示踪剂加入方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等。本实验选用的是脉冲输入法。脉冲输入法是在极短的时间内，将示踪剂从系统的入口处注入主流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。与此同时，在反应器出口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。整个过程可以用图1-1形象地描述。由概率论知识可知，概率分布密度函数E(t)就是系统的停留时间分布密度函数。因此，E(t)dt就代表了流体粒子在反应器内停留时间介于t到t+dt之间的概率。在反应器出口处测得的示踪剂浓度c(t)与时间t图1-1脉冲法测停留时间4的关系曲线叫响应曲线。由响应曲线就可以计算出E(t)与时间t的关系，并绘出E(t)～t关系曲线。计算方法是对反应器作示踪剂的物料衡算，即式中Q表示主流体的流量，m为示踪剂的加入量。示踪剂的加入量可以用下式计算在Q值不变的情况下，由(1)式和(2)式求出：关于停留时间分布的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即用停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)来描述系统的停留时间，给出了很好的统计分布规律。但是为了比较不同停留时间分布之间的差异．还需要引入另外两个统计特征值，即数学期望和方差。数学期望对停留时间分布而言就是平均停留时间t，即方差是和理想反应器模型关系密切的参数。它的定义是：对活塞流反应器σt2=0；而对全混流反应器σt2=t2；对介于上述两种理想反应器之间的非理想反应器可以用多釜串联模型描述。多釜串联模型中的模型参数N可以由实验数据处理得到σt2来计算。当N为整数时，代表该非理想流动反应器可以用N个等体积的全混流反应器的串联来建立模型。当N为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以用不等体积的全混流反应器串联模型。三．装置、流程及试剂5反应器为有机玻璃制成的搅拌釜。其有效容积为l升。搅拌方式为马达驱动的叶轮搅拌。流程中配有三个同样的搅拌釜和一个管式流动反应器．脉冲法加入示踪剂。示踪剂置于高位罐，由计算机控制电磁阀加入。用电导率仪检测出口处示踪剂的浓度。实验流程见图1-2。实验中，硝酸钾为示踪剂，水为实验流体。四．实验步骤1.实验准备(1)将饱和KNO3溶液加入标有KNO3的高位罐内；(2)将水槽注入水备用，检查水管线是否连接好；(3)检查电路是否正确。2.实验操作(1)打开总电源开关。(2)开启入水阀门，将回流阀开到最大，启动水泵，慢慢打开进水转子流量计的阀门(注意!初次通水必须排净管路中的所有气泡，特别是死角处)。通过三通阀选择做多釜串联返混（将三通阀转向三釜一侧），调节水流量维持在20～30升／时之间某值，直至各釜充满水，并能正常地从最后一级流出（各釜稳定流动）。(3)分别开启釜1、釜2、釜3搅拌马达开关，后再调节马达转速的旋钮，使三釜搅拌程度基本相同，使转速一致(电压表指示在7～15V)。(4)开启电磁阀开关和电导仪总开关，仪器在“校正”状态，并有数码显示。分别调节“...
