连续均相管式循环反应器中的返混实验.docx

连续均相管式循环反应器中的返混实验4 学时 一、实验原理及要点1．实验原理在工业生产上，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：R _ 循环物料的体积流量离开反应器物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，相当于平推流管式反应器当R=g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 加 Q0f () VC C) C C)所以JvcC% JCCM00由此可见f 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，KCI浓度与电导 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fC)* L(t),这里Lt -化，Lt为t时刻的电导值，厶^为无示踪剂时电导值由实验测定的停留时间分布密度函数丿,有两个重要的特征值，即平均停留时间t和 方差& ?2，可由实验数据计算得到。

若用离散形式表达，并取相同时间间隔人匚则：—ycCkt _ 皿)&2t若用无因次对比时间°来表示，即ft无因次方差t2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，并得到无因次方差7 9与模型参数n存 在关系为：1n _ 一7 292．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n3．设备及操作要点（1）进水阀（2）进水流量计（3）注射器（4）填料塔（5）电极 （6）电导仪 （7）记录仪 （8）微机（9）循环泵 （10）循环流量计 （11）放气阀 实验装置由管式反应器和循环系统组成循环泵开关在仪表屏上控制，流量由循环管阀 门控制，流量直接显示在仪表屏上，单位是：升/小时。

实验时，进水从转子流量计调节流 入系统，稳定后在系统的入口处（反应管下部进样口）快速注入示踪剂（0.5〜lml）,由系统出 口处电导电极检测示踪剂浓度变化，并显示在电导仪上，并可由记录仪记录电导仪输出的毫伏信号经电缆进入A/D卡，A/D卡将模拟信号转换成数字信号，由计 算机集中采集、显示并记录，实验结束后，计算机可将实验数据及计算结果储存或打印出来操作要点：⑴实验循环比做三个，R=0, 3, 5；注入示踪剂要小于lml；⑵调节流量稳定后方可注入示踪剂，整个操作过程中注意控制流量； ⑶为便于观察，示踪剂中加入了颜料抽取时勿吸入底层晶体，以免堵塞⑷示踪剂要求一次迅速注入；若遇针头堵塞，不可强行推入，应拔出后重新操作； ⑸一旦失误，应等示踪剂出峰全部走平后，再重做4．实验内容和要求⑴实验内容 用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布； 改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度； 观察循环反应器的流动特征⑵实验要求控制系统的进口流量15升/小时，采用不同循环比，R=0, 3, 5,通过测定停留时间的 方法，借助多釜串联模型度量不同循环比下系统的返混程度二、实验预习题和答案1. 脉冲示踪法对示踪剂的要求是⑴示踪剂与流体互溶⑵能与流体发生反应⑶无色透明⑷容易检测 V2. 若进口流量15 升/小时，循环比要求0，3，5，则⑴循环流量分别控制为0, 18, 20升/小时 ⑵循环流量分别控制为 0， 45， 75 升/小时 V⑶循环流量分别控制为 0, 3, 5 升/小时⑷循环流量分别控制为0, 60, 90升/小时3. 返混的结果是⑴造成不均匀的速度分布⑵改变了反应物的浓度分布 V⑶造成物料的停留时间分布 V⑷形成空间上的反向流动4. 循环管式反应器中循环比与实验结果的关系是(1)R越大，方差越大； V⑵R越大，平均停留时间越大；⑶R越小，方差越大；⑷R越小，模型参数越大； V5. 在管式反应器中，减小返混的措施是⑴填充固体填料 V⑵增大管径⑶增大循环比⑷提高高径比 V6. 本实验采用哪个反应器模型描述返混程度⑴多釜串联模型 V⑵全混流反应器⑶轴向扩散模型⑷平推流反应器三、实验准备工作1. 药品 饱和氯化钾溶液2. 实验器具500ml 烧杯 两只5ml 针筒 两支，备用两支7# 针头 两个，备用两个3. 实验准备工作 熟悉流量计、循环泵的操作 熟悉进样操作，可抽清水模拟操作熟悉“管式循环反应器”数据采集系统的操作，开始一结束一保存一打印 熟悉EPSON-1600K打印机操作，开启一装一页A4纸一进纸键一联机键一打印四、 实验操作指导1. 开车步骤（1） 通水，开启水源，让水注满反应管，并从塔顶稳定流出，调节进水流量为15L h , 保持流量稳定。

2） 通电，开启电源开关① 开电脑、打印机，打开“管式循环反应器数据采集”软件，准备开始；② 开电导仪并调整好，以备测量；③ 循环时，开泵（面板上仪表右第二个键“▲”，用循环阀门调节流量④ 不循环时，关泵（面板上中间的向下箭头“▲”，关紧循环阀门2. 进样操作⑴待系统稳定后，用注射器迅速注入示踪剂（建议0.5〜1m 1,实际进样量可调节），同 时点击软件上“开始”图标⑵当电脑记录显示的曲线在2min内觉察不到变化时，即认为终点己到出峰时间约 10-20min）⑶ 点击“结束”，以组号作为文件名保存文件，打印实验数据⑷ 改变条件重复⑴〜⑶步骤3. 结束步骤⑴ 关闭电脑、打印机；⑵ 关闭仪器，电源，水源，实验结束五、 实验报告要求1. 实验数据处理与报告① 选择一组实验数据，用离散方法计算平均停留时间、方差，从而计算无因次方差和模 型参数，要求写清计算步骤② 与计算机计算结果比较，分析偏差原因③ 列出数据处理结果表④ 讨论实验结果2. 实验讨论题① 何谓循环比？循环反应器的特征时什么？② 计算出不同条件下系统的平均停留时间，分析偏差原因;③ 计算模型参数n讨论不同条件下系统的返混程度大小；④ 讨论一下如何限制返混或加大返混程度。