停留时间分布综合实验-化工1001班第四小组.docx

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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 9951589.46 300 769 156.73 47020.16 14106048.16 744 140.93 42280.22 12684067.50 330 724 128.29 42337.10 13971244.39 751 145.36 47968.15 15829488.72 360 709 118.81 42773.18 15398344.18 754 147.25 53011.44 19084118.06 390 695 109.97 42886.94 16725905.33 756 148.52 57922.01 22589584.78 420 681 101.12 42469.82 17837325.41 758 149.78 62908.42 26421538.27 第17页共31页 天*7技夫摩 450 670 94.17 42375.02 19068760.66 758 149.78 67401.88 480 658 86.58 41559.75 19948682.30 757 149.15 71591.99 510 648 80.26 40934.08 20876382.48 755 147.89 75421.85 540 639 74.57 40270.49 21746065.85 753 146.62 79175.88 570 630 68.89 39265.63 22381406.81 750 144.73 82493.84 600 622 63.83 38298.68 22979207.48 747 142.83 85698.03 630 615 59.41 37426.53 23578714.53 742 139.67 87992.16 660 608 54.98 36288.95 23950704.67 738 137.14 90513.81 690 601 50.56 34885.93 24071288.63 734 134.61 92883.78 720 595 46.77 33672.50 24244201.48 730 132.09 95102.07 750 590 43.61 32705.56 24529166.40 725 128.93 96694.68 780 585 40.45 31549.01 24608228.53 720 125.77 98097.71 810 580 37.29 30202.87 24464324.09 715 122.61 99311.13 840 576 34.76 29198.00 24526322.44 710 119.45 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 25861.09 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 103785.63 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 87.85 102780.76 1200 544 14.54 17442.96 20931555.33 656 85.32 102382.61 1230 542 13.27 16324.34 20078935.73 652 82.79 101832.78 1260 540 12.01 15129.87 19063641.53 649 80.89 101927.57 1290 539 11.38
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