资源描述
火本,才上母
停留时间分布综合实验报告
指导老师:刘秀军
实验成员: 王刚 罗丹 叶佳义 王凯 王静邓超超
实验地点:实训中心 D310
试验时间:2013.10.14-10.18
第1页共31页
一、实验目的
1 .掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布及数据处理方法;
2 .了解和掌握停留时间分布函数的基本原理;
3 .了解停留时间分布与模型参数的关系;
4 .了解多级混本实验通过单釜、 多釜及管式反应器中停留时间分布的测定, 将数据计算
结果用多釜串联模型来定量返混程度,从而认识限制返混的措施和釜、管式反应器特性;
5 .了解和掌握模型参数 N的物理意义及计算方法。
二、实验原理
在连续流动反应器中,由于反应物料的返混以及在反应器内出现的层流,死角,短 路等现象,使得反应物料在反应器中的停留时间有长有短,即形成停留时间分布,影响 反应进程和最终结果。测定物料的停留时间分布是描述物料在反应器内的流动特性和进 行反应器设计计算的内容之一。
停留时间分布可以用停留时间分布密度函数 E(t)和停留时间分布函数 F⑴来表示,
这两种概率分布之间存在着对应关系,本实验只是用冲脉示踪法来测定 E(t),利用其对
应关系也可以求出 F⑴来。函数 E⑴的定义是:在某一瞬间加入系统一定量示踪物料, 该物料中各流体粒子将经过不同的停留时间后依次流出,而停留时间在 [t, t+dt]间的物
料占全部示踪物料的分率为 E(t)dt。根据定义,E⑴有归一化性质:
E⑴dt 1.0 (1)
0
E(t)可以用其他量表示为
E(t) (Qo/M) c(t) (2)
其中:Qo主流体体积流量,M为示踪物量,c⑴为t时刻流出的示踪剂浓度。
对停留时间分布密度函数 E⑴有两个重要概念,数学期望t和方差t2 ,它们分别定义为E(t)
对原点的一次矩和二次矩。 当实验数据的数量大,且所获样品是瞬间样品,即相应于某时刻 t下的样品,则:
N N
tiE(ti) ti tG t
t (3)
E(ti) ti CAi ti
i 1 i 1
N
t2E(ti ) ti
2 i 1
t -N
E(ti) ti
i 1
-2
t
N
ti CAi ti
2
u t
N I
CAi ti
i 1
(4)
式中△力是两次取样时间,若等时间间隔取样,
N
ti CAi i 1
-N
CAi i 1
N
t2C
ti CAi
2 i 1
t -N
CAi i 1
(5)
对恒容稳定流动系统有:
t Vr
V0
(6)
天厚,才上,孥
为了使用方便,常用对比时间
E( ) E(t)
2
2 t
-2~
士来代换t,经这样变换后,有以下关系:
(7)
(8)
对全混流 2 1 ,对活塞流 2 0,对一般情况0 2 1。
用无因次 2来评价反应器内的流动状态比较方便,一般可将实际反应器当做多 级串联釜式反应器加以描述,并认为每级为全混流反应釜,各级存料量相等,级间无返混。 对多级全?!釜有(N为串联全混釜的个数):
一 1
N 2 (9)
三、实验仪器、设备和试剂
釜式反应器(两个)、管式反应器、水泵、转子流量计,阀门,管线若干,电导率仪三台, 分析天平;KCl。
四、实验装置原理图
天萍7多大摩
15
1
1-水槽;2—磁力泵;3—调节阀;4—三通阀;5—注射器;6、10、11、16一球阀;
7、8—反应釜;9、12、13—电导率仪;14 —转子流量计;15—废液槽
五、实验内容
时间
实验内容
2013.
10.14
上午
依照实验讲义自行设计组装实验装置
下午
调试实验装置,对不足之处进行改进
2013.
10.16
上午
选取水白^流量 Q=2L/h,将平均停留时间保持在 10-20min ,注入饱和 KCl溶
液示踪剂1.5ml ,记录单釜/、同时间的电导率值
下午
选取水的流量 Q=2L/h,将平均停留时间保持在 10-20min ,先注入饱和 KCl
溶液示踪剂1.5ml,记录单釜在不同时间的电导率值,隔一段时间,再次注
入饱和KCl溶液示踪剂1.5ml ,记录单釜在不同时间的电导率值
2013.
10.17
上午
两釜串联,选定水的流量 Q=4L/h,转子的转速取适当小。将平均停留时间
保持在10-20min ,注入饱和KCl溶液木踪剂1.5ml,记录单釜在/、同时间的 电导率值
下午
两釜串联,选定水的流量 Q=4L/h,转子的转速取适当大。将平均停留时间
保持在10-20min ,注入饱和KCl溶液木踪剂1.5ml,记录单釜在/、同时间的 电导率值
2013.
10.18
上午
两釜并联:1.选定水的流量 Q=4L/h,转子的转速取适当大。将平均停留时 间保持在10-20min ,注入饱和KCl溶液木踪剂2ml,记录单釜在/、同时间的 电导率值,2.保持1中水的流量不变,调小转子的转速,在进一次记录
下午
3.保持2中转亍的转速不变,将水的流量调为 Q=6L/h,在进彳口一次记录。
管式测量:选定水的流量 Q=4L/h,将平均停留时间保持在 10-20min ,注入
饱和KCl溶液示踪剂1.5ml,记录管中在不同时间的电导率值
六、数据处理
将所得结果分成若干段,每段时间间隔相同,将实验结果整理并计算平均停留时间,无
因次方差,用多釜串联模型回归模型参数 No
公式的换算: 当实验数据的数量大,且所获样品是瞬间样品,即相应于某时刻
N
TiE(Ti) T i 1 NR
E(Ti) Ti
T下的样品,则:
⑴
N
TGi Ti
i 1 NR
CAi Ti
N
Ti2E(T) Ti
i 1
-N
一2
T
N
Ti2CAi Ti
i 1 -N
一2
T
(2)
i 1
CAi T
E(T) T
天库7求上,孥——
式中△力是两次取样时间,若等时间间隔取样,
N
T2CAi O
i 1 2
CAi i 1
-N T
CAi i 1
对恒容稳定流动系统有:
Vr
Vo
(4)
第15页共31页
为了使用方便,常用对比时间 T来代换T,经这样变换后,有以下关系:
⑸
(6)
E( ) E(T)
2
2 _J_
-2"
对全混流 2 1 ,对活塞流 2 0 ,对一般情况0 2 1。
2
用无因次 来评价反应器内的流动状态比较方便,一般可将实际反应器当做多
级串联釜式反应器加以描述,并认为每级为全混流反应釜,各级存料量相等,级间无返混。
对多级全?!釜有(N为串联全混釜的个数):
1 -2
N — T /
1.标准组实验数据及处理:
质量浓度
电导率k (叱S/cm)
W
C/(mmol/L)
1/6%
3150
0.1667
1666.6667
1/12%
1853
0.0833
833.3333
1/24%
1188
0.0417
416.6667
1/48% 1
854
0.0208 1
208.3333
1/96%
687
0.0104
104.1667
1/192%
600
0.0052
52.0833
1/384%
556
0.0026
26.0417
1/718%
538
0.0014
13.9276
由数据做C~K图:
500
由图得出:
-200 0 200
400 600 800 1000 1200 1400
X Axis Title
1600
1800
A=521.3514
B=1.5823
2 .单釜实验数据处理 (1)单釜单峰
实验条件:
Q=2L/h
饱和KCl溶液示踪剂
V=1.5ml
时间
电导率
c(t)
tc(t)/
12c(t)/
t/min
k / p. S
/(g/m3)
[min(g/m3)]
[min2(g/m3)]
0
518
-1.90
0.00
0.00
0.5
574
33.50
16.75
8.37
1
928
257.22
257.22
257.22
1.5
1234
450.61
675.91
1013.87
2
1387
547.30
1094.61
2189.22
2.5
1415
565.00
1412.50
3531.25
3
1401
556.15
1668.46
5005.37
3.5
1378
541.62
1895.66
6634.80
4
1353
525.82
2103.27
8413.07
4.5
1327
509.39
2292.23
10315.05
5
1301
492.95
2464.77
12323.83
5.5
1276
477.15
2624.34
14433.89
6
1248
459.46
2756.75
16540.48
6.5
1223
443.66
2883.78
18744.55
7
1199
428.49
2999.43
20996.02
7.5
1173
412.06
3090.44
23178.28
8
1149
396.89
3175.12
25401.00
8.5
1120
378.56
3217.78
27351.17
9
1104
368.45
3316.06
29844.53
9.5
1081
353.92
3362.19
31940.85
10
1059
340.01
3400.11
34001.14
庆萍/玄/
10.5
号.
1041
328.64
11
1021
316.00
11.5
1003
304.62
12
986
293.88
12.5
970
283.76
13
953
273.02
13.5
935
261.64
14
920
252.16
14.5
905
242.68
15
900
239.52
15.5
877
224.99
16
833
197.18
16.5
814
185.17
17
797
174.43
17.5
786
167.48
18
777
161.79
18.5
768
156.10
19
758
149.78
19.5
750
144.73
20
734
134.61
20.5
719
125.13
21
705
116.29
21.5
692
108.07
22
682
101.75
23
672
95.43
24
662
89.11
25
653
83.42
26
644
77.73
27
636
72.68
28
628
67.62
29
620
62.57
30
612
57.51
31
604
52.46
32
597
48.03
33
590
43.61
34
583
39.18
35
576
34.76
36
569
30.34
37
562
25.91
38
556
22.12
根据实验数据作反应釜的
t-c(t)
图、作 t-tc(t)
3450.67
36232.07
3475.95
38235.48
3503.13
40285.98
3526.51
42318.14
3547.05
44338.15
3549.26
46140.43
3532.20
47684.70
3530.30
49424.26
3518.93
51024.46
3592.87
53893.07
3487.33
54053.59
3154.90
50478.42
3055.36
50413.48
2965.30
50410.16
2930.86
51290.05
2912.22
52419.90
2887.88
53425.87
2845.86
54071.29
2822.16
55032.07
2692.28
53845.67
2565.25
52587.69
2442.01
51282.31
2323.52
49955.60
2238.51
49247.30
2194.91
50482.84
2138.66
51327.81
2085.57
52139.29
2021.11
52548.82
1962.33
52983.00
1893.45
53016.49
1814.45
52618.97
1725.34
51760.10
1626.11
50409.53
1537.00
49184.10
1439.04
47488.47
1332.24
45296.09
1216.58
42580.42
1092.08
39314.92
958.73
35473.05
840.55
31940.85
图、作t-t 2c⑴图
其…k摩
t-c⑴图 图形积分面积 Si=7657.1975
t-tc(t)图图形积分面积S2=85646.3475
t-t2c(t)图
图形积分面积S3=1490010
-0 tc(t)dt S2 85646.3475
t - 11.19
c(t)dt S 7657.1975
2 ,、 •
0 t c(t)dt ;2 S3 -
t - t
c c(t)dt S1
1490010
7657.1975
-11.192
69.37
-2
t
_ 2
11.19
69.37
1.805 吧
(2)单釜双峰
实验条件:流量
Q=2L/h ,
饱和KCl溶液示踪剂
V=1.5ml
时间
电导率
c(t)
tc(t)/
t/min
6/ V S
/(g/m3)
[min(g/m3)]
0
516
-3.16
0.00
0.5
651
82.16
41.08
1
1093
361.50
361.50
2
2 t
t①(t)/
[min2(g/m3)]
0.00
20.54
361.50
天萍二
1.5
r央摩
1225
2
1239
2.5
1230
3
1214
3.5
1193
4
1172
4.5
1152
5
1130
5.5
1109
6
1088
6.5
1069
7
1050
7.5
1031
8
1013
8.5
996
9
975
9.5
962
10
945
10.5
932
11
917
11.5
903
12
891
12.5
878
13
865
13.5
852
14
841
14.5
830
15
819
15.5
808
16
798
16.5
788
17
778
17.5
769
18
761
18.5
752
19
744
19.5
736
20
728
20.5
721
21
714
21.5
707
22
701
22.5
694
23
687
444.92
667.38
1001.07
453.77
907.54
1815.08
448.08
1120.20
2800.51
437.97
1313.91
3941.73
424.70
1486.44
5202.55
411.43
1645.71
6582.82
398.79
1794.54
8075.43
384.88
1924.41
9622.07
371.61
2043.86
11241.23
358.34
2150.03
12900.21
346.33
2251.15
14632.50
334.32
2340.26
16381.85
322.32
2417.37
18130.25
310.94
2487.52
19900.15
300.20
2551.67
21689.16
286.92
2582.32
23240.85
278.71
2647.73
25153.42
267.96
2679.64
26796.44
259.75
2727.36
28637.27
250.27
2752.95
30282.50
241.42
2776.34
31927.89
233.84
2806.04
33672.50
225.62
2820.26
35253.27
217.41
2826.27
36741.45
209.19
2824.05
38124.72
202.24
2831.32
39638.50
195.29
2831.64
41058.74
188.33
2825.00
42375.02
181.38
2811.41
43576.91
175.06
2800.99
44815.77
168.74
2784.24
45939.93
162.42
2761.17
46939.90
156.73
2742.84
47999.75
151.68
2730.20
49143.65
145.99
2700.82
49965.08
140.93
2677.75
50877.20
135.88
2649.62
51667.67
130.82
2616.44
52328.89
126.40
2591.16
53118.88
121.97
2561.46
53790.68
117.55
2527.33
54337.67
113.76
2502.69
55059.09
109.33
2460.03
55350.60
104.91
2412.94
55497.69
天萍二
23.5
r央摩
682
24
676
24.5
671
25
666
25.5
661
26
656
26.5
651
27
650
27.5
649
28
658
28.5
722
29
848
29.5
949
30
1025
30.5
1071
31
1093
31.5
1098
32
1096
32.5
1089
33
1078
33.5
1067
34
1053
34.5
1037
35
1021
35.5
1007
36
991
36.5
974
37
961
37.5
947
38
933
38.5
920
39
907
39.5
894
40
882
40.5
871
41
858
41.5
848
42
837
42.5
826
43
817
43.5
808
44
798
44.5
789
45
781
101.75
2391.14
56191.78
97.96
2351.01
56424.19
94.80
2322.57
56902.93
91.64
2290.97
57274.22
88.48
2256.21
57533.34
85.32
2218.29
57675.54
82.16
2177.21
57696.08
81.53
2201.23
59433.10
80.89
2224.61
61176.77
86.58
2424.32
67880.93
127.03
3620.36
103180.34
206.66
5993.17
173802.06
270.49
7979.52
235395.94
318.52
9555.71
286671.30
347.60
10601.66
323350.50
361.50
11206.47
347400.62
364.66
11486.76
361832.93
363.40
11628.64
372116.54
358.97
11666.56
379163.24
352.02
11616.63
383348.92
345.07
11559.75
387251.79
336.22
11431.46
388669.66
326.11
11250.71
388149.53
316.00
11059.85
387094.74
307.15
10903.75
387083.04
297.04
10693.29
384958.60
286.29
10449.66
381412.66
278.08
10288.82
380686.34
269.23
10096.06
378602.35
260.38
9894.46
375989.38
252.16
9708.34
373770.93
243.95
9514.00
371045.95
235.73
9311.45
367802.09
228.15
9125.96
365038.24
221.20
8958.48
362818.37
212.98
8732.23
358021.23
206.66
8576.44
355922.23
199.71
8387.79
352287.18
192.76
8192.19
348168.01
187.07
8043.99
345891.42
181.38
7890.10
343219.21
175.06
7702.71
338919.29
169.37
7537.13
335402.26
164.32
7394.30
332743.47
t-c图,图形积分面积 Si=12237.325
t-tc图,图形积分面积 S2=305980.8575
t-t2c图,图形积分面积 S3=11055124
45.5
773
159.26
7246.41
329711.81
46
765
154.21
7093.47
326299.69
46.5
757
149.15
6935.47
322499.53
47
750
144.73
6802.12
319699.80
47.5
743
140.30
6664.35
316556.59
48
736
135.88
6522.15
313063.26
49
723
127.66
6255.45
306517.10
50
711
120.08
6003.92
300195.92
51
699
112.49
5737.22
292598.12
52
689
106.17
5521.08
287096.00
53
679
99.85
5292.30
280491.69
54
669
93.53
5050.88
272747.27
55
661
88.48
4866.33
267648.36
56
653
83.42
4671.68
261614.11
57
645
78.37
4466.92
254614.17
58
639
74.57
4325.35
250870.25
59
633
70.78
4176.20
246395.75
60
627
66.99
4019.47
241167.92
根据实验数据作反应釜的的
t-c⑴
图、作 t-tc(t)
图、作t-t 2c⑴ 图
犬作,才上,孥
0 tc⑴dt s2 305980.8575
0 c(t) dt §
12237.325
25
2
0 t c(t)dt
0 c⑴dt
-2 S3 - 2 11055124 2
t - — t -25 278.3938
S1 12237.325
-2
t
t
252
278.3938
2.245-3
3 .串联釜实验数据处理
(1)实验条件:流量 Q=4L/h ,饱和KCl溶液示踪剂 V=1.5ml转子转速较大
时间
电导率
c(t)
tc(t)/
12c(t)/
电导率
c(t)
tc(t)/
t2c(t)/
t/s
k 1/ p. S
/(g/m3)
[s(g/m3)]
[s2(g/m3)]
k 2/ 心 S
/(g/m3)
[s(g/m3)]
[s2(g/m3)]
0
527
3.79
0.00
0.00
584
39.82
0.00
0.00
10
529
5.06
50.56
505.59
584
39.82
398.15
3981.55
20
776
161.16
3223.16
64463.12
584
39.82
796.31
15926.18
30
880
226.88
6806.55
204196.42
584
39.82
1194.46
35833.91
40
907
243.95
9757.95
390317.89
588
42.34
1693.74
67749.48
50
909
245.21
12260.63
613031.66
597
48.03
2401.57
120078.37
60
906
243.32
14599.00
875940.09
606
53.72
3223.16
193389.37
70
900
239.52
16766.73
1173671.24
616
60.04
4202.74
294192.00
80
893
235.10
18808.06
1504645.14
626
66.36
5308.73
424698.22
90
885
230.04
20704.04
1863363.46
635
72.05
6484.23
583580.86
100
878
225.62
22562.09
2256209.32
644
77.73
7773.49
777349.43
110
870
220.57
24262.15
2668836.50
652
82.79
9107.00
1001769.58
120
862
215.51
25861.09
3103330.59
661
88.48
10617.46
1274094.67
130
853
209.82
27276.75
3545977.37
669
93.53
12159.51
1580736.90
140
846
205.40
28755.61
4025785.25
675
97.33
13625.73
1907602.86
150
838
200.34
30051.19
4507678.70
682
101.75
15262.59
2289388.86
160
831
195.92
31346.77
5015483.79
688
105.54
16886.81
2701889.65
170
823
190.86
32446.44
5515894.58
694
109.33
18586.87
3159767.43
180
816
186.44
33558.74
6040573.85
700
113.13
20362.76
3665297.35
210
794
172.53
36232.07
7608734.12
715
122.61
25747.33
5406939.27
240
774
159.89
38374.52
9209884.35
727
130.19
31245.66
7498957.21
270
757
149.15
40270.49
10873032.93
737
136.51
36857.74
9951589.46
300
769
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14106048.16
744
140.93
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12684067.50
330
724
128.29
42337.10
13971244.39
751
145.36
47968.15
15829488.72
360
709
118.81
42773.18
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天*7技夫摩
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20876382.48
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147.89
75421.85
540
639
74.57
40270.49
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753
146.62
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570
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600
622
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22979207.48
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630
615
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23578714.53
742
139.67
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660
608
54.98
36288.95
23950704.67
738
137.14
90513.81
690
601
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24071288.63
734
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132.09
95102.07
750
590
43.61
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24529166.40
725
128.93
96694.68
780
585
40.45
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24608228.53
720
125.77
98097.71
810
580
37.29
30202.87
24464324.09
715
122.61
99311.13
840
576
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29198.00
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710
119.45
100334.96
870
572
32.23
28041.46
24396069.01
705
116.29
101169.18
900
568
29.70
26733.24
24059912.79
700
113.13
101813.82
930
565
27.81
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24050812.11
695
109.97
102268.85
960
562
25.91
24875.18
23880174.43
691
107.44
103141.00
990
559
24.02
23775.52
23537761.49
686
104.28
103235.80
1020
556
22.12
22562.09
23013335.02
682
101.75
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1050
554
20.86
21898.50
22993427.29
677
98.59
103520.19
1080
551
18.96
20476.52
22114643.24
673
96.06
103747.71
1110
549
17.70
19642.29
21802945.08
668
92.90
103122.04
1140
547
16.43
18732.23
21354736.78
664
90.37
103027.24
1170
545
15.17
17746.32
20763192.82
660
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102780.76
1200
544
14.54
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20931555.33
656
85.32
102382.61
1230
542
13.27
16324.34
20078935.73
652
82.79
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1260
540
12.01
15129.87
19063641.53
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101927.57
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539
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