停留時(shí)間分布綜合實(shí)驗(yàn)-化工1001班第四小組

停留時(shí)間分布綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告]指導(dǎo)老師：劉秀軍實(shí)驗(yàn)成員：王剛羅丹葉佳義王凱王靜鄧超超實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：實(shí)訓(xùn)中心D310試驗(yàn)時(shí)間：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用脈沖示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布及數(shù)據(jù)處理方法；2.了解和掌握停留時(shí)間分布函數(shù)的基本原理；3.了解停留時(shí)間分布與模型參數(shù)的關(guān)系；4.了解多級(jí)混本實(shí)驗(yàn)通過單釜、多釜及管式反應(yīng)器中停留時(shí)間分布的測(cè)定，將數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果用多釜串聯(lián)模型來定量返混程度，從而認(rèn)識(shí)限制返混的措施和釜、管式反應(yīng)器特性；5.了解和掌握模型參數(shù)N的物理意義及計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理`在連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中，由于反應(yīng)物料的返混以及在反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)的層流，死角，短路等現(xiàn)象，使得反應(yīng)物料在反應(yīng)器中的停留時(shí)間有長(zhǎng)有短，即形成停留時(shí)間分布，影響反應(yīng)進(jìn)程和最終結(jié)果。測(cè)定物料的停留時(shí)間分布是描述物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)特性和進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容之一。停留時(shí)間分布可以用停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)來表示，這兩種概率分布之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)只是用沖脈示蹤法來測(cè)定E(t)，利用其對(duì)應(yīng)關(guān)系也可以求出F(t)來。函數(shù)E(t)的定義是：在某一瞬間加入系統(tǒng)一定量示蹤物料，該物料中各流體粒子將經(jīng)過不同的停留時(shí)間后依次流出，而停留時(shí)間在[t，t+dt]間的物料占全部示蹤物料的分率為E(t)dt。根據(jù)定義，E(t)有歸一化性質(zhì)：(1)E(t)可以用其他量表示為((2)其中：Q0主流體體積流量，M為示蹤物量，c(t)為t時(shí)刻流出的示蹤劑濃度。對(duì)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)有兩個(gè)重要概念，數(shù)學(xué)期望和方差，它們分別定義為E(t)對(duì)原點(diǎn)的一次矩和二次矩。當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)量大，且所獲樣品是瞬間樣品，即相應(yīng)于某時(shí)刻t下的樣品，則：(3)(4)式中△ti是兩次取樣時(shí)間，若等時(shí)間間隔取樣，(5)對(duì)恒容穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)有：(6)為了使用方便，常用對(duì)比時(shí)間來代換t，經(jīng)這樣變換后，有以下關(guān)系：(7)}(8)對(duì)全混流，對(duì)活塞流，對(duì)一般情況。用無因次來評(píng)價(jià)反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)比較方便，一般可將實(shí)際反應(yīng)器當(dāng)做多級(jí)串聯(lián)釜式反應(yīng)器加以描述，并認(rèn)為每級(jí)為全混流反應(yīng)釜，各級(jí)存料量相等，級(jí)間無返混。對(duì)多級(jí)全混釜有（N為串聯(lián)全混釜的個(gè)數(shù)）：(9)三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和試劑釜式反應(yīng)器(兩個(gè))、管式反應(yīng)器、水泵、轉(zhuǎn)子流量計(jì)，閥門，管線若干，電導(dǎo)率儀三臺(tái)，分析天平；KCl。109四、實(shí)驗(yàn)裝置原理圖109`11`1155771431434242【13121312161686861515.111-水槽；2－磁力泵；3－調(diào)節(jié)閥；4－三通閥；5－注射器；6、10、11、16－球閥；7、8－反應(yīng)釜；9、12、13－電導(dǎo)率儀；14－轉(zhuǎn)子流量計(jì)；15－廢液槽五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)間實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2013.：上午依照實(shí)驗(yàn)講義自行設(shè)計(jì)組裝實(shí)驗(yàn)裝置下午調(diào)試實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)不足之處進(jìn)行改進(jìn)2013.上午選取水的流量Q=2L/h,將平均停留時(shí)間保持在10-20min，注入飽和KCl溶液示蹤劑，記錄單釜不同時(shí)間的電導(dǎo)率值下午】選取水的流量Q=2L/h,將平均停留時(shí)間保持在10-20min，先注入飽和KCl溶液示蹤劑,記錄單釜在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值，隔一段時(shí)間，再次注入飽和KCl溶液示蹤劑，記錄單釜在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值上午兩釜串聯(lián)，選定水的流量Q=4L/h，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速取適當(dāng)小。將平均停留時(shí)間保持在10-20min，注入飽和KCl溶液示蹤劑,記錄單釜在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值下午兩釜串聯(lián)，選定水的流量Q=4L/h，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速取適當(dāng)大。將平均停留時(shí)間保持在10-20min，注入飽和KCl溶液示蹤劑,記錄單釜在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值上午兩釜并聯(lián)：1.選定水的流量Q=4L/h，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速取適當(dāng)大。將平均停留時(shí)間保持在10-20min，注入飽和KCl溶液示蹤劑2ml,記錄單釜在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值，2.保持1中水的流量不變，調(diào)小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，在進(jìn)行一次記錄《下午保持2中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不變，將水的流量調(diào)為Q=6L/h，在進(jìn)行一次記錄。管式測(cè)量：選定水的流量Q=4L/h，將平均停留時(shí)間保持在10-20min，注入飽和KCl溶液示蹤劑,記錄管中在不同時(shí)間的電導(dǎo)率值六、數(shù)據(jù)處理：將所得結(jié)果分成若干段，每段時(shí)間間隔相同，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理并計(jì)算平均停留時(shí)間，無因次方差，用多釜串聯(lián)模型回歸模型參數(shù)N。公式的換算：當(dāng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)量大，且所獲樣品是瞬間樣品，即相應(yīng)于某時(shí)刻T下的樣品，則：(1)(2)式中△ti是兩次取樣時(shí)間，若等時(shí)間間隔取樣，&(3)對(duì)恒容穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)有：(4)為了使用方便，常用對(duì)比時(shí)間來代換T，經(jīng)這樣變換后，有以下關(guān)系：(5)(6)對(duì)全混流，對(duì)活塞流，對(duì)一般情況。用無因次來評(píng)價(jià)反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)比較方便，一般可將實(shí)際反應(yīng)器當(dāng)做多級(jí)串聯(lián)釜式反應(yīng)器加以描述，并認(rèn)為每級(jí)為全混流反應(yīng)釜，各級(jí)存料量相等，級(jí)間無返混。對(duì)多級(jí)全混釜有（N為串聯(lián)全混釜的個(gè)數(shù)）：(7)1.標(biāo)準(zhǔn)組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理：質(zhì)量濃度電導(dǎo)率κ(μS/cm)~WC/(mmol/L)1/6%31501/12%18531/24%,11881/48%8541/96%687$1/192%6001/384%5561/718%538^"由數(shù)據(jù)做c~κ圖：由圖得出：A=B=單釜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）單釜單峰實(shí)驗(yàn)條件：Q=2L/h飽和KCl溶液示蹤劑V=時(shí)間

t/min電導(dǎo)率

κ/μSc(t)

/(g/m3)$tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]0518574>19281234}2138714153-1401137841353—132751301<127661248\122371199$117381149%1120911041081】1010591041；1110211003|12986970&1395393514}92090515900《87716833￥81417797}78618777、76819758#75020734719<21705692~2268223672<2466225653，266442763628~6282962030612%3160432597）3359034583:3557636569、3756238556、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作反應(yīng)釜的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)圖t-c(t)圖圖形積分面積S1=t-tc(t)圖圖形積分面積S2= t-t2c(t)圖圖形積分面積S3=1490010…則 ≈2單釜雙峰實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=2L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=時(shí)間

t/min電導(dǎo)率

κ/μS—c(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]0516651`110931225~212391230—3121411934|1172115251130》110961088%106971050：103181013？9969975#96210945932(11917903.12891878》13865852#1484183015|81980816798？78817778~76918761(75219744】73620728:72121714707，22701694$23687682）24676671$2566666126?65665127650|64928658。72229848:949301025%1071311093%10983210961089，3310781067{3410531037;3510211007：3699197437"96194738933·92039907，89440882》87141858.84842837-82643817808）44798789*45781773(46765757-4775074348）7364972350711￥5169952689。5367954669（5566156653/576455863959!63360627根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作反應(yīng)釜的的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)圖；>t-c圖，圖形積分面積S1= t-tc圖，圖形積分面積S2= t-t2c圖，圖形積分面積S3=【則≈3串聯(lián)釜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=4L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較大時(shí)間

t/s電導(dǎo)率

κ1/μS、c(t)

/(g/m3)tc(t)/

[s(g/m3)]t2c(t)/

[s2(g/m3)]電導(dǎo)率

κ2/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[s(g/m3)]t2c(t)/

[s2(g/m3)]0527~58410529584·20776584~3088058440—90758850909#59760906(60670900616…80893626>90885635100878$644110870-652120862661…130853669？140846675150\838682160831\688170823￥694180816700}210794715(240774727270757—.93737300769%.16744.50330724.39751".72360709.18754~.06390695.33756.78420—681.41758.27450670}.66758.50480658.30》757.45510648.48755；.67540639.85753.93%570630.81750.71600622?.48747.70630615&.53742.88660608.67738\.95690601.63734！.98720595.48730.96750：590.40725.71780585#.53720.58810580.09、715.79840576.44710￥.57870572.01705.17~900568.79700.80930565].11695.70960562?.43691.39990559.49686.1020556.02682!1050554.296771080"551.246731110549；.086681140547.78|6641170545.82660{1200544.33656;1230542.736521260540·.536491290539^.146451320537.18642^1350536.03638;1380535.046351410（534.466321440533—.536291470532.50，6261500531.61623|1530531.80621?1560530.556191590529：.776161620529】.946141650528.20612￥1680528.79610`1710527.406081740$527.07606根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作反應(yīng)釜1和反應(yīng)釜2的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)圖^￥反應(yīng)釜1t-c圖，圖形積分面積S1=反應(yīng)釜1t-tc圖，圖形積分面積S2=×107#反應(yīng)釜1t-t2c圖，圖形積分面積S3=×1010反應(yīng)釜2t-c圖，，圖形積分面積S1=~反應(yīng)釜2t-tc圖，圖形積分面積S2=×108反應(yīng)釜2t-t2c圖，圖形積分面S3=×1011則對(duì)于反應(yīng)釜1:≈2對(duì)于反應(yīng)釜2≈4實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=4L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較小時(shí)間

t/s電導(dǎo)率

κ1/μS,c(t)

/(g/m3)tc(t)/

[s(g/m3)]t2c(t)/

[s2(g/m3)]電導(dǎo)率

κ2/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[s(g/m3)]t2c(t)/

[s2(g/m3)]0526:58110526580~20802580)3090858040·92858750929%59660923?60770917617.80909628,90902638100894/647110886;656120878666、130869673$140863680150$857685160848<694170840…701180834705：210812724]240792735270775>.05746.02300757）.44754.76330740.22761,.36360724.47765（.00390711.61768.49420:698.24770.67450685,.56770.61480673.59^769.28510662.98767|.25540652.87764.56'570643.91761.79600635@.26757.76630626;.80753.16660619.69749$.96690613.93745？.17720606.27739.06750;600.06734.20780595,.24729.72810589.13$724.84840584.52718/.66870580.37713.52}900576.09708.10930572·.67702.27960569】.38697990566.92692~1020563.02687&1050560.436831080%557.896781110555·.746731140552.92%6681170550.99664~1200548.82660*1230546.916561260545、.316521290543<.736481320542.30645{1350540.37641}1380539.776381410/538.916341440537—.046311470536.40^6291500535.25626]1530534.84623:1560534.686211590533?.656181620532'.676161650531.00614#1680530.87612）1710529.546081740】528.24604根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作反應(yīng)釜1和反應(yīng)釜2的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)圖、?反應(yīng)釜1t-c圖，圖形積分面積S1=118417反應(yīng)釜1t-ct圖，圖形積分面積S2=×107{反應(yīng)釜1t-t2c圖，圖形積分面積S3=×1010反應(yīng)釜2t-c圖，圖形積分面積S1=反應(yīng)釜表2t-tc圖，圖形積分面積S2=×108反應(yīng)釜2t-t2c圖，圖形積分面積S3=×1011則對(duì)于反應(yīng)釜1、≈2對(duì)于反應(yīng)釜2≈4并聯(lián)釜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=4L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=2ml，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較慢時(shí)間

t/min電導(dǎo)率

κ1/μS%c(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]電導(dǎo)率

κ2/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]0539！604765865…18621065、87310962】8581095863]10843829,10708151048，48021024*7899985777、973765:9496754927；744905.7734885…7248658715￥847707"8319698814^690799@10683784675—77211668]759662747。12655735,64972513>643715637￥70614631】697626688》15621681~61767416612!667607,66017603654@599649"18595643【59163819588）634585<62920582625:579622%21576618574.61522571；612569609~23566606、56460424-561601根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作電表1和電表2的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)圖.反應(yīng)釜1t-c圖，圖形積分面積S1=反應(yīng)釜1t-ct圖，圖形積分面積S2=]反應(yīng)釜1t-t2c圖，圖形積分面積S3=反應(yīng)釜2t-c圖，圖形積分面積S1=:反應(yīng)釜2t-tc圖，圖形積分面積S2=反應(yīng)釜2t-t2c圖，圖形積分面積S3=則對(duì)于反應(yīng)釜1≈2對(duì)于反應(yīng)釜2≈2。（2）實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=4L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=2ml，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較快時(shí)間

t/min電導(dǎo)率

κ1/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]電導(dǎo)率

κ2/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]/0517577774'8231936（10959511141,29501149、94411413]9341127923、11114912）10939021077，58921059。88110426871《1026861【10107851995|841980(8832966？8229529814{939805@92610796915~788904^11780892773\88212765.873758863（13750853—74384514~735836728(82815721:821714813·16708806。70179817695}792689|78518683778"678772、19673766：66876120663$754658.74921654743:649738@22645733641）72823637.723633719$24629715…62571125…621706618—70226615.699612695￥27609691…60668828603:684601》68129598678?596675/30594673)59167031589!667587]66432585662、583660￥33582657580、65534579'653577651"35576648.57464636？573643571【64137569]640569639】38568637{56763639566）635565！63440564633^根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作反應(yīng)釜1和反應(yīng)釜2的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)反應(yīng)釜1t-c圖，圖形積分面積S1=反應(yīng)釜1t-ct圖，圖形積分面積S2=反應(yīng)釜1t-t2c圖，圖形積分面積S3=1161480反應(yīng)釜2t-c圖，圖形積分面積S1= 反應(yīng)釜2t-tc圖，圖形積分面積S2=反應(yīng)釜2t-t2c圖，圖形積分面積S3=2237520則對(duì)于反應(yīng)釜1~≈2對(duì)于反應(yīng)釜2≈2（3）實(shí)驗(yàn)條件：流量Q=6L/h，飽和KCl溶液示蹤劑V=2ml，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較快時(shí)間

t/min電導(dǎo)率

κ1/μS]c(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]電導(dǎo)率

κ2/μSc(t)

/(g/m3)tc(t)/

[min(g/m3)]t2c(t)/

[min2(g/m3)]0525|579881722）1956812、9428132】920806905?7963889]78687377^4859767,8457585832【749819》7416806733)795726,7783719}7727128762}705752%6999743693'737688（10725683717~68011709@676699671,12693668#68566413|676662664~65914653！657643655*15634653\62465116617,650610`64817603646】597605《18591643~58564219580%640576,63920572637\567636>21564634560]63222557,630554628、23552626；54962424:546622544~62025542/618540616—26539614。53761227535（61053360828532606530604295286025276013052559952459731522596521595325205945095933351859251759134517590根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作反應(yīng)釜1和反應(yīng)釜2的t-c(t)圖、作t-tc(t)圖、作t-t2c(t)反應(yīng)釜1t-c圖，圖積分面積S1=反應(yīng)釜1t-tc圖，圖形積分面積S2=反應(yīng)釜1t-t2c圖，圖形積分面積S3=反應(yīng)釜2t-c圖，圖形積分面積S1=反應(yīng)釜2t-tc圖，圖形積分面積S2=反應(yīng)釜2t-t2c圖，圖形積分面積S3=則對(duì)于反應(yīng)釜1