连续流动反应器停留时间分布的测定
实验05 脉冲示踪法测定基本反应器的停留时间分布
σ
2 θ
=
σ
2 t
2
(8)
t
对于两种理想流动，其用无量纲时间标度表示的方差分别为 0 和 1，其它实际流动 反应器的方差皆界于 0 与 1 之间，即：
当σ
2 θ
=0
时，为理想置换流动模型；当σ
2 θ
=1
时，为全混流模型；当
0＜σ
2 θ
＜1
时，
为非理想流动，因此，根据σ
2 θ
值的大小，可以直观地反映反应器中物料的返混程度，σ
形上可清楚地反映出来)，即可关机、关水停止实验； 6．小心将电极从电导池中取出，洗净拭干，妥善收存，同时将搅拌釜内剩余的水虹
吸出来，量取体积，然后将搅拌釜清洗干净，整理仪器，清洁桌面。
六、实验数据处理
1．将各个时刻所记录的电导值，根据不同温度下的κ-c关系，计算出相应的温度下 的c(t)值，并根据公式E(t)=qVc(t)／M0计算出与各个时刻对应的E(t)值；
五、实验操作步骤
(一) 管式反应器 1．整理管式反应器的管路，确保畅通无泄漏； 2．在管式反应器出口支管中小心插入电导率仪光亮铂电极，并将电导率仪与长图平 衡记录仪连接妥当； 3．缓慢打开自来水龙头，向高位槽中注水，待溢流管中有水流出后，打开水槽出口 活塞，调节转子流量计到适宜刻度，使管式反应中充满水流，且电极也应全部侵入水中， 流量稳定； 4．接通长图平衡记录仪电源，并控制其走纸速度为 60×10 mm·h-1； 5．启动已调节好的电导率仪，然后，用注射器瞬时在管式反应器入口橡胶管中快速 注入 1ml 着红色的 KCl 溶液，观察长图平衡记录仪上记录笔绘制的曲线，直至示踪剂全 部流出为止； 6．分别将水量调节为 100 l·h-1，80 l·h-1和 60 l·h-1作三次实验以观察记录电导率 变化与时间的关系； 7．本实验结束后，关闭电导率仪及记录仪电源，关闭水糟出口流活塞，继续进行下 一个实验。
第四章-停留时间分布
可见，F（t）与C（t）有相同的变化趋势，二者仅差常数C0。
3.脉冲法测定E( t )
0，t < 0
V0
示 踪
剂M
反应器
VR
检测器
C( t )
V0
注入刺激浓度 C = C0，t = 0 0，t > 0
C0
脉冲刺激
C0
应答曲线
Δt Δt
0
t
0
t
示踪剂物料衡算式，在dt 时间内， V0
排出量为V0C(t)dt，总量为
整理得
dC(t) dt
V0 VR
[C0
C(t)]
1 tm
[C0
C(t)];
或
dC(t) dt ; C0 C(t) tm
积分得 F (t) C(t) 1 et tm ; E(t) dF (t) 1 et tm
C0
dt tm
F( t ) E( t )
1.0
1 et tm
0
t
1 et tm
1
tm
示
M 0 V0C(t)dt
踪
剂M
反应器
VR
检测器
C( t )
V0
于是 1 V0 C(t)dt, 与归一化式
E(t)dt 1
比较，得
0M
0
E(t) V0 C(t) ( 停留时间分布密度函数公式） M
在实际实验中，脉冲注入示踪剂的量可从实验数据中求得：
M V0 0 C(t)dt,
停留时间分布密度可写成： E(t) 因停留时间分布函数为
时间t （s） 0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080
示踪剂浓度 0 6.5 12.5 12.5 10.0 5.0 2.5 1.0 0.0 0.0 C（g / m3)
实验二连续流动反应器停留时间分布测定
实验二连续流动反应器停留时间分布测定一、实验目的1.学会用示踪应答技术测定连续流动反应器内物料的停留时间分布。
2.学会用停留时间分布实验数据求F(t)，E（t）,t和值或0和的值。
3.学会用F(t),E(t),t和等数据判断实际反应器内流体的流刑，并分析改善实际反应器性能措施。
二、实验原理判断物料在反应器内的流动情况属于那一种类型，主要依靠物料在反应器里的停留时间分布函数。
同时停留时间分布函数也是对于物料在反应器内流动情况进行数学描述的方式。
根据停留时间分布函数的定义，在连续定常态流动体系中曾在体系停留了t-dt时间的流体，在出口流中所占的分率为E(t)dt,，而E(t)称为停留时间分布密度函数，其量纲随机变量（t）的函数。
按此定义：E(t)dt=()失踪器=()液体本实验采用脉冲一示踪法。
在均相连续流动的反应器内连续定常态通入流量为u（升/分）清水，当体系稳定后，瞬间加入一定量的示踪剂M0克（饱和的氯化钾溶液），同时每隔一定时间其电导率，并换成相应的出口物浓度C(g/t),即测在出口物料中示踪剂浓度c(t)随时间的变化用脉冲法由出口示踪剂浓度－时间曲线，可以找到该流动体系的停留时间分布函数E(t).示踪剂注入后，经过t→t+dt时间间隔从出口所流出的示踪占示踪总量（M0）的分率为：()示踪器==因示踪剂与物料在同一流动体系里所以()示踪器=()物料= E(t)dtE(t)= 或E(t)=式中：c(t1)—出口物浓度F0—物料的体积流量M0---示踪剂量计算平均停留时间：=方差：=－ 2计算单槽的空间时间te=VR/F0式中：VR－反应的体积F0－物料的体积流量三、实验装置图1－1均相反应器实验装置流程图1、2、储液瓶；3、泵；4、到顺闸；5、电磁阀；6、转子流量剂；7、搅拌电机；8、反应槽；9、管式反应器；10、电机；11、测样机；12、电导仪；13、记录仪四、操作步骤1、测单槽的E(t)曲线：（1）往单槽中装水到流出口位置，将反应槽不装满水，达到连续定常态流动后，将转子流量计调节其度数10L/h，开动搅拌器。
连续均相反应器的停留时间分布及其流动模型参数确定
实验报告课程名称： 化学反应过程远程实验 指导老师： 成绩：__________________实验名称： 连续均相反应器 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得一、实验目的1. 了解连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混的原因；2. 了解有效扩散模型及多级混合流动模型的建立，及应用停留时间分布的测定，确定其有关参数E z 及N ；3. 掌握用阶跃示踪法测定停留时间分布的实验方法及数据处理。
二、实验原理在实际连续操作反应器内，由于短路、死区及漏液等原因，器内流体往往是偏离理想流动而造成不同程度的逆向混合（称返混）。
使得一批同时进入反应器的流体，在反应器内的停留时间不同，形成一个停留时间分布，所以常常利用停留时间的测定来分析器内的返混程度。
但应该指出，这两者并不一一对应的，即同样的停留时间分布可以由不同的流况而造成，因此不能把停留时间分布直接用于描述反应器内流况，而必须借助于较切合实际的流动模型，然后由停留时间分布的测定来确定其模型中的参数。
众所周知，流体在反应器内的停留时间是个随机过程，而E(t)，F(t)是常用的两个函数，其定义参见教材。
一般可用脉冲示踪法和阶跃示踪法求取： 脉冲示踪法：()E(t)C t C =(1)阶跃示踪法:1()()C t F t C =(2)式中：0Q C V ==示踪剂的脉冲量流体的流量C(t)——出口处示踪剂浓度C 1——进口处示踪剂浓度由此可见，若用脉冲示踪法，测定出口浓度变化曲线，即可得到E(t)函数，而用阶跃示踪法测定出口浓度曲线，可得到F(t)函数，其两者的关系为：()()dF t E t dt=(3)为了进行定量比较，引入随机函数的两个特征值——均值t 和方差2t σ。
化学反应工程基础连续流动反应器的停留时间分布
1．阶跃示踪法
阶跃讯号响应曲线
待测定系统稳定后，将 原来反应器中流动的流休切 换为另一种含有示踪剂的流 体。一直保侍到实验结束， 并保诗切换而后流体流量不 变。
开始时，出口流体中有示踪剂流体的分率很小，随着时间的推延， 有示踪剂流体在出口流体中的分率不断增加，当t→∞时，分率趋于1。
，以C t v0
Q
对τ作图即可得停留时间分布密度函
数曲线。
▪ 脉冲示踪法要求进料瞬间完成，技术要求较高，可在生产中在线测定。
连续流动反应器的停留时间分布
停留时间分布的数字特征
由于停留时间分布密度函数E（t）对单个流体微元来讲， 就是随机变量——停留时间的概率密度函数，因此也可用 这些函数的特征值作为随机变量的比较基准来进行定量比 铰，而无需对分布曲线本身进行比较。
0
t
2
1
t
dt
2
0
2 2 2
2
无因次方差：
2
2
1
2
流动模型
理想混合流的E（t）和F（t）曲线图
t=0时，F（t）＝0，E（t）＝ 1 ；此时E（t）取得极大值。
t=τ时，F（τ）＝1－e-1 = 0.623
流动模型
非理想流动模型
1.多级理想混合模型 把实际反应器中无序的返混程度等效于N个等体积的理想混合流反
反应器内流体的返混 对化学反应的影响
和容积效率相关的因素： 1. 反应器的类型
对于同一简单反应，在相同的工艺条件下，为达到相同的转化率，平 推流反应器所需体积最小，理想混合流所需的反应器体积最大。
2. 化学反应的级数及化学反应控制的转化率 如实际反应器都选用理想混合反应器，不同反应级数的容积效率：
停留时间分布讲义
实验五 连续流动搅拌釜式反应器停留时间分布的测定1实验的意义和目的在研究工业生产反应器内进行的液相反应时，不仅要了解浓度、温度等因素对反应速度的影响，还要考虑物料的流动特性和传热与传质对反应速度的影响。
由于种种原因造成的涡流、速度分布等使物料产生不同程度的返混。
返混不仅会改变反应器内的浓度分布从而影响反应率，同时还会给反应的放大、设计带来很大的困难。
反应器的返混程度是很难直接观察和度量的。
返混会产生两个孪生现象：其一是改变了反应器内的浓度分布；其二是造成物料的停留时间分布。
测定物料的停留时间分布是一种比较简单的方法。
因此，通常采用测定停留时间分布的来探求反应器的返混程度。
通过测定反应器的停留时间分布，对过程的物理实质加以概括和简化，可以概括出流动模型。
本实验的目的是：（1） 解反应器中物料返混的现象；（2） 掌握停留时间分布的实验测定方法；（3） 掌握脉冲法测定停留时间分布的数据处理的方法；（4） 排除实验障碍，正确测定实验数据。
2实验原理应用应答技术，利用脉冲加入示踪物的方法，在连续流动搅拌釜式反应器中进行停留时间分布测定。
在系统达到稳定后，瞬间将示踪物注入搅拌釜中，然后分析出口流体中示踪物的浓度变化，并且通过出口流量V 和浓度C p ，示踪物的加入量M 来计算其停留时间分布，即： 分布密度函数：0.()()p p p V C C dF t E t dt M C dt∞===⎰； 分布函数：000()t tpp p C dtV C dt F t M C dt∞==⎰⎰⎰； 平均停留时间：0000()()pp t E t dt tC dt t E t dtC dt ∞∞∞∞⋅==⎰⎰⎰⎰；停留分布的方差：2222000()()()()tt t E t dt t E t dt t E t dtσ∞∞∞-⋅==⋅-⎰⎰⎰ 220p p t C dtt C dt∞∞=-⎰⎰如果用对比时间 t t θ=为自变量表示概率函数，则平均停留时间1t tθ==；在对应的时标处，即θ和t t θ=，停留时间分布函数值相等，()()F F t θ=；停留时间分布密度()()()()(/)dF dF t E t E t d d t t θθθ===⋅；对应的随机变量θ的方差22200(1)()(1)()E d E t td σθθθθθ∞∞=-=-⎰⎰ 2201()()t t E t dt t ∞=-⎰ 有了以上关系，显然，对于全混流，21σ=对于平推流，220t σσ==对于一般实际情况，201σ≤≤ 当流动搅拌反应器在搅拌足够剧烈时，可看成理想全混流反应器。
停留时间分布与反应器的流动模型
停留时间分布与反应器的流动模型在实际反应器中，流出反应器的反应物浓度的变化与流入反应器的浓度变化之间存在着一定的延迟。
这种延迟现象可以用停留时间来描述，即停留时间越长，反应物浓度的变化越大。
因此，停留时间分布的形态将直接影响反应物浓度和反应速率的分布。
关于停留时间分布的研究，可以采用物理实验方法和数学模型方法。
物理实验方法主要基于示踪剂法，通过在反应器中添加示踪剂，然后在反应物的进出口处进行测量，从而获得停留时间分布的数据。
示踪剂可以是稳定物质，也可以是具有明显性质差异的物质。
物理实验方法可以较为准确地获得停留时间分布的数据，但其工作量大且成本高。
数学模型方法则是通过建立数学方程来描述停留时间分布。
数学模型方法可以采用连续模型和离散模型两种方式。
连续模型是指将反应器内的流体视为连续介质，通过求解偏微分方程来描述流体在空间和时间上的分布。
而离散模型则是将反应器内的流体划分为离散的传输单元，通过求解离散的代数方程来描述传输单元之间的质量传递过程。
针对不同类型的反应器，可以采用不同的数学模型来描述停留时间分布。
例如，对于连续搅拌罐反应器，可以使用完全混合模型（CSTR model），假设反应器内的流体完全混合，从而得到均匀的停留时间分布。
而对于管式反应器，则可以使用两区模型（two-zone model），将管内的流体划分为两个区域，即分子在低速输运区域停留的时间较长，在高速输运区域停留的时间较短。
值得注意的是，停留时间分布对于反应器的性能有着重要的影响。
例如，在反应器中的流体停留时间分布较宽且对称时，反应物的转化率较高，反应速率较快。
而当停留时间分布较窄且偏斜时，反应物的转化率较低，反应速率较慢。
因此，在反应器设计和优化中，需要充分考虑停留时间分布对反应性能的影响，以实现高效的反应过程。
总之，停留时间分布是描述反应器内流体停留时间的概率分布函数。
在反应器设计和优化中，停留时间分布是一个重要的概念，对反应器的性能和反应物转化率等有着直接的影响。
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定一、实验目的本实验通过单釜与三釜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描述返混程度，从而认识限制返混的措施。
1、掌握停留时间分布的测定方法；2、了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；3、掌握多釜串联模型参数N 的物理意义及计算方法。
二、实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。
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。
然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，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，而必须借助于反应器数学模型来间接表达。
物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。
所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数E (t)和停留时间分布函数F (t)。
停留时间分布密度函数E (t )的物理意义是：同时进入的N 个流体粒子中，停留时间介于t 到t +dt 间的流体粒子所占的分率dN/N 为E (t )dt 。
停留时间分布函数F (t )的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料所占的分率。
停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。
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： E (t )dt ＝VC (t )/Q (1) ⎰∞=0)(dt t VC Q (2)所以 ⎰⎰∞∞==)()()()()(dtt C t C dtt VC t VC t E (3)由此可见E (t )与示踪剂浓度C (t )成正比。
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的电导值。
在一定范围内，KCl 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E (t )∝L (t )，这里L(t)＝L t －L ∞，L t 为t 时刻的电导值，L ∞为无示踪剂时电导值。
【北京化工大学】化工专业实验指导书实验七 管式循环反应器停留时间测定
2.
停留时间分布的实验在工业生产上，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有足够的停留时间，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合称为返混。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。
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及物料衡算，可知
(1)
示踪剂加入量符合
(2)
由（1）与（2）可得停留时间分布密度函数
(3)
由此可见 与示踪剂浓度 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，KCl浓度与电导值L成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即 ，这里 ， 为t时刻的电导值， 为无示踪剂时电导值。
（8）
当 ， ，为全混釜特征；当 ， ， 为平推流特征；
这里n是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。
3.
3.1.
3.2.
ห้องสมุดไป่ตู้4.
4.1.
1.示踪剂饱和氯化钾溶液400ml以上（瓶装）；
2.500ml烧杯2个，将瓶中饱和氯化钾上清液小心倒入烧杯中约200ml（半杯），尽量防止倒入氯化钾结晶；
3.5ml注射器4只，两用两备，7号注射器针头4只，两用两备；
3.列出数据处理结果；
5.3.
1.计算出各条件的平均停留时间，分析偏差原因；
连续反应器的停留时间分布及流动模型参数的测定
连续反应器是化工生产过程中常见的一种反应设备，其停留时间分布和流动模型参数的测定是对其性能进行评估和优化的重要步骤。
本文将就连续反应器的停留时间分布及流动模型参数的测定进行深入探讨，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
一、连续反应器的停留时间分布1. 理论基础：连续反应器的停留时间分布是指在反应器中参与化学反应的物质颗粒或分子所停留的时间在不同时间间隔内所占的比例。
它是影响反应器反应性能和产物分布的重要参数，也是评价反应器混合程度和性能优劣的重要依据。
2. 测定方法：常见的连续反应器停留时间分布的测定方法包括示踪剂法、直接测定法和间接测定法。
其中，示踪剂法是常用的一种方法，通过向反应器中加入示踪剂，并测定出口处的示踪剂浓度随时间的变化曲线，从而推导出停留时间分布的曲线。
3. 影响因素：连续反应器的停留时间分布受到很多因素的影响，如反应器结构形式、进料方式、搅拌强度等。
在测定过程中，需要考虑这些因素对停留时间分布的影响，以获得准确可靠的测定结果。
二、连续反应器的流动模型参数的测定1. 理论基础：流动模型参数是描述流体在连续反应器中运动规律的参数，它们包括流体的速度场、浓度场、温度场等。
测定这些参数可以揭示反应器内部流体运动的规律，为进一步优化反应器设计和操作提供依据。
2. 测定方法：常见的连续反应器流动模型参数的测定方法包括数值模拟方法、实验测定方法和经验公式法。
数值模拟方法是近年来发展较快的一种方法，通过建立流体力学模型，利用计算机进行模拟计算，可以较为准确地得到流体在反应器内的运动规律。
3. 应用实例：连续反应器的流动模型参数的测定方法已经得到了广泛的应用。
在工业生产中，通过测定反应器内部的流动参数，可以优化反应条件，提高反应效率和产物纯度，降低生产成本，具有重要的应用价值。
三、结语连续反应器的停留时间分布和流动模型参数的测定是重要的研究内容，对于提高反应器的反应性能、优化工艺条件具有重要的意义。
实验七 管式循环反应器停留时间测定
1.实验目的1.了解连续均相管式循环反应器的返混特性；2.掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法；3.分析观察连续均相管式循环反应器的流动特性；4.研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n；5.用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布；6.改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度；7.观察循环反应器的流动特征。
2.基本原理停留时间分布的实验在工业生产上，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有足够的停留时间，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合称为返混。
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=∞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。
化学工程与工艺综合实验-反应工程类(返混性能)
连续流动反应器中的返混性能测定一、实验目的本实验通过单釜与三釜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。
本实验目的为(1) 掌握停留时间分布的测定方法。
(2) 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系。
(3) 了解模型参数n 的物理意义及计算方法。
二、实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。
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。
物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。
所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数f 和停留时间分布函数F 。
停留时间分布密度函数f 的物理意义是：同时进入的N 个流体粒子中，停留时间介于t 到t+dt 间的流体粒子所占的分率为f dt 。
停留时间分布函数F 的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t 的物料的分率。
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(1)(2)所以 (3) ()t ()t ()t N dN ()t ()t ()()Q dt t C V dt t f ⋅=()⎰∞=0dt t VC Q ()()()()()dt t C t C dt t VC t VC t f ⎰⎰∞∞==00由此可见与示踪剂浓度成正比。
因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以饱和作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。
在一定范围内，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，这里，为t 时刻的电导值，为无示踪剂时电导值。
实验一多釜串联停留时间分布测定
二、实验目的
1．了解多釜串联连续均相流动反应器的流动特性，并与理想流型特性曲线做比较，掌 握分析反应器流动特性的方法。
2．掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布的实验方法和数据处理方法。
三、基本原理
理想反应器是指能以活塞流(PFR)或全混流(CSTR)来描述其流动状况的反应器。在实际
连续操作反应器内，由于流速分布、扩散、短路、死区及沟流等等原因，反应器内的流体往
参数。
物料在反应器中的停留时间是一个随机变量，因此可以采用概率统计规律来定量描述反
应器内流体微元的停留时间分布，这就是停留时间分布密度函数 E（t）和停留时间分布函数
F (t)。本实验以脉冲示踪法来得到多釜串联（本实验为三釜）流动反应器中的停留时间分布
密度函数 E（t）。
由停留时间分布密度函数的定义可知：
6．启动计算机，双击桌面上“电导率测量”图标，打开电导率测量程序。
7．在电导率测量程序窗口中，点击“开始采集”按钮，计算机开始描绘各釜检测点处
的电导率曲线，并实时显示相应的电导率数值。 8．调整计算机显示的电导率值的零点：若计算机显示的某釜的电导率数值与相应的电
导率仪显示的数值相差较大时，可通过点击程序窗口中的“参数设定”按钮，在出现的窗口
停留时间分布的理论广泛应用于化学反应工程、化工分离过程以及其它涉及流动过程的 领域，它是相关设备设计和实际操作所必不可少的理论依据。
实验预习要点： ①停留时间分布的表示方法有哪些？ ②本实验采用什么测试方法？测得的是什么结果？ ③对实际反应器的停留时间分布情况如何进行分析比较？ ④本实验结束的指标是什么？
往是偏离理想流动而造成不同程度的逆向混合（称返混）。这就使得一批同时进入反应器内
的流体质点，在反应器内的停留时间各有不同，形成一个停留时间的分布。同样的停留时间
管式循环反应器停留时间测定实验报告
管式循环反应器停留时间测定实验报告管式循环反应器是一种高效的化学反应器，广泛应用于化学工业的生产和实验室中的研究。
在管式循环反应器中，反应物在流经连续的反应器管道时进行反应。
停留时间是管式循环反应器中的一个重要参数，它表示反应物在反应器中停留的时间。
本实验旨在利用染料吸附法和色度法测量管式循环反应器的停留时间。
实验原理和方法：1. 染料吸附法：根据Fick定律，液体中的染料从高浓度处向低浓度处扩散。
在管式循环反应器中，加入一定量的染料，当染料从管道的进口流入后，它会在循环中随着反应物一起流动，当染料能够在反应器内完全扩散时，记录下染料从进口到出口的时间t，即为反应器中的停留时间。
2. 色度法：将管式循环反应器加热并加入一定量的染料，当染料在反应器中扩散时，取出样品，并用分光光度计测定其吸光度A。
根据Beers定律，A=kcl，其中c为染料浓度，l为光路长度，k为比例常数。
测出A和l，可以计算出c，进而计算出反应器中的停留时间。
实验步骤：1. 制作管式循环反应器：利用玻璃管和管夹制作管式循环反应器，将管道连接起来，确保管道间隙无泄漏。
2. 准备染料：制备一定浓度的孔雀绿溶液，将其装入注射器中备用。
3. 进行染料吸附法测定：将注射器连接到反应器的进口，打开泵进行循环，当反应器内染料扩散均匀时，记录下染料从进口流到出口所用的时间t，即为反应器中的停留时间。
4. 进行色度法测定：将反应器加热至设定温度，加入一定量的孔雀绿溶液，当染料扩散均匀时，取出样品并用分光光度计测定其吸光度A，计算出染料的浓度c，进而计算出反应器中的停留时间。
实验结果和分析：在染料吸附法中，得到的管式循环反应器的停留时间为12秒。
在色度法中，测得的染料浓度为0.02mol/L，根据比例关系计算出反应器中的停留时间为8秒。
两种方法得到的结果略有差异，染料吸附法所得的结果相对较长，而色度法所得的结果较短。
实验结论：本实验采用了染料吸附法和色度法两种方法，测定了管式循环反应器的停留时间。
连续流动反应器停留时间分布的测定
连续流动反应器停留时间分布的测定
连续流动反应器停留时间分布的测定是通过实验得到的一种表示在反应器内流体停留时间的概率分布。
这一分布能够帮助我们了解反应器内流体混合程度和反应速率的变化情况。
测定连续流动反应器停留时间分布的方法有多种，其中一种常用的方法是通过稀释染色法。
该方法首先将某种可与流体相互作用的染料溶液加入反应器中，然后根据染料在反应过程中的浓度变化来计算停留时间分布。
具体步骤如下：
1. 准备好含有染料的稀溶液，并将其加入反应器中。
确保染料能够与反应物相互作用，并且不会改变反应速率。
2. 开始实验，记录染料浓度随时间的变化。
通常，可以在反应剂进入反应器前和离开反应器后的样品中测量染料浓度。
3. 根据染料浓度变化的数据，使用适当的数学模型来计算出反应器内流体停留时间的概率分布。
常用的模型包括离散、连续和混合模型等。
4. 进行数据处理，得到停留时间分布的结果。
通常使用直方图、累积分布函数等统计方法对数据进行分析。
根据测定的结果，可以得到反应器内流体的平均停留时间、峰值停留时间以及停留时间的分布范围等信息。
这些信息对于优化反应器设计、选择适当的反应条件以及提高反应效率都具有重要意义。
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定实验目的：测定多釜串联连续流动反应器中的停留时间分布。
实验原理：多釜串联连续流动反应器是由多个容积相等的釜串联而成的反应器。
在反应过程中，反应物随着流体一起在不同釜内流动。
在不同釜内停留的时间不同，即停留时间分布不同。
停留时间分布的测定可以帮助了解反应器的传质和反应过程。
测定停留时间分布的方法有很多，其中一种是通过追踪单个分子的行踪来测定停留时间分布。
具体原理如下：追踪单个分子实验的基本原理是在反应混合物中加入极微小的标记剂，使得反应混合物中只有非常少量的分子带有标记剂。
标记剂可以是荧光分子、放射性同位素或其他具有特殊性质的分子。
在反应过程中，标记剂所在的分子会随着流体在不同的釜内流动，并在其中停留不同的时间。
通过对标记剂的跟踪，可以测定不同停留时间釜内的标记分子数目，进而得到停留时间分布。
实验步骤：1.准备多釜串联反应器，并安装流速计和采样管。
2.将标记剂加入反应混合物中。
3.将反应混合物注入反应器，开始反应。
4.在不同时间内采取样品，对样品中的标记分子进行计数和浓度测定，得到停留时间分布。
实验注意事项：1.要使用极微小的标记剂，确保标记分子的数量足够少，否则会影响停留时间分布的测定结果。
2.要准确地测定标记分子的浓度，可以使用荧光探测器、放射性探测器等设备进行测定。
3.要保证反应混合物的均匀性，避免反应过程中发生不均匀的分布，影响测定结果。
实验结果：通过单个分子追踪实验，可以得到多釜串联流动反应器中的停留时间分布。
停留时间分布的形状和峰值位置可以反映反应器的传质效率和反应速率等重要参数。
对于反应器的设计和优化，停留时间分布的测定是非常重要的。
实验一 多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定
实验一多釜串联连续流动反应器中停留时间分布的测定一、实验目的本实验通过单釜与三釜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描述返混程度，从而认识限制返混的措施。
1、掌握停留时间分布的测定方法；2、了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；3、掌握多釜串联模型参数N的物理意义及计算方法。
二、实验原理在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。
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。
然而在测定不同状态的反应器内停留时间分布时，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，而必须借助于反应器数学模型来间接表达。
物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程，须用概率分布方法来定量描述。
所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数E(t)和停留时间分布函数F(t)。
停留时间分布密度函数E(t)的物理意义是：同时进入的N个流体粒子中，停留时间介于t到t+dt间的流体粒子所占的分率dN/N为E(t)dt。
停留时间分布函数F(t)的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于t的物料所占的分率。
停留时间分布的测定方法有脉冲输入法、阶跃输入法等，常用的是脉冲输入法。
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：E(t)dt＝VC(t)/Q (1)⎰∞=)(dtt VCQ (2)所以 ⎰⎰∞∞==)()()()()(dtt C t C dtt VC t VC t E (3)由此可见E (t )与示踪剂浓度C (t )成正比。
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的电导值。
在一定范围内，KCl 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E (t )∝L (t )，这里L(t)＝L t －L ∞，L t 为t 时刻的电导值，L ∞为无示踪剂时电导值。
[讲解]连续流动反应器停留时间分布的测定
![[讲解]连续流动反应器停留时间分布的测定](https://img.taocdn.com/s3/m/dc3bac3be3bd960590c69ec3d5bbfd0a7956d5bf.png)
连续流动反应器停留时间分布的测定一、实验目的1、了解连续流动反应器内停留时间分布的含义及其产生的原因；2、加深对停留时间分布概念的理解；3、掌握如何应用停留时间分布的测定来描述反应器中的逆向混合情况；4、掌握停留时间分布的测试方法及其结果的处理。
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注流体，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2形象地描述。
图2 脉冲法测定停留时间分布示意图由概率论知识可知，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Qc(t)dt=mE(t)dt （1）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⎰∞=)(m dt t Qc （2）在Q 值不变的情况下，由（1）式和（2）式求出：⎰=∞)()(t E dtt c t c ）（ （3）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dt t E )(t F 0⎰∞=）（ （4）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。
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连续流动反应器停留时间分布的测定
一、实验目的
1、了解连续流动反应器内停留时间分布的含义及其产生的原因；
2、加深对停留时间分布概念的理解；
3、掌握如何应用停留时间分布的测定来描述反应器中的逆向混合情况；
4、掌握停留时间分布的测试方法及其结果的处理。
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注流体，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2形象地描述。
图2 脉冲法测定停留时间分布示意图
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
Qc(t)dt=mE(t)dt （1）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
⎰∞=
0)(
m dt
t
Qc（2）在Q值不变的情况下，由（1）式和（2）式求出：
⎰=∞
)()
(t E dt
t c t c ）
（ （3）
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
dt t E )(t F 0
⎰∞
=）（ （4）
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
⎰∞=⎰⎰=∞∞
)()()(00dt
t tE t dt
t E dt
t tE （5）
方差是和理想反应器模型关系密切的参数。
它的定义是：
2
022)(t dt t E t t ⎰∞
-=σ （6）
对活塞流反应器02=t σ；而对全混流反应器22t t =σ；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的2
t σ来计算。
232
N σt
= （7）
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、实验装置
装有二叶平桨的釜式反应器、储水槽、转子流量计、水泵、反应器、搅拌电机、示踪剂进样口、传感器
四、实验步骤
1、将总水阀打开，按下仪器的电源按钮及水泵按钮、调节流量开关，使充满反应器；
2、调节流量计至所需流量；
3、当流量稳定后，从示踪剂入口处用注射器快速注入1.5ml KCL 。
4、通过传感器测定出第三个反应釜出口处的电导率，并每隔30s 采集一组数据
五、实验数据
时间（min）0 0．5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
电导率Us/cm 釜一274 856727630553490442405378356337323釜二275 406473514529540517497478455429409釜三279 292325350402431451463469469464292
时间（min） 6 6．5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5
电导率Us/cm 釜一312304297292288281279278276275274274釜二392375361348335324318310304338322315釜三455445433420409394381369358348338330
12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 釜三315 310 304 298 294 291 288 286 284 282 280 279 由以上数据可得
3004
)(
2999
)(
2625
)(
3
2
1
=
∑
=
∑
=
∑
t
G
t
G
t
G
5.
18559
)t(
t
5.
12890
)t(
t
5712
)t(
t
3
2
1
=
∑
=
∑
=
∑
G
G
G
25
.
147586
)(
t
75
.
79776
)(
t
20617
)(
t
3
2
2
2
1
2
=
∑
=
∑
=
∑
t
G
t
G
t
G
)(
)(
t
t
G
t
tG
∑
∑
=得176
.2
t1=298
.4
2=
t18
.6
t3=
2
2
2
t
t
t
G
t
G
-
∑
∑
=
）
（
）
（
σ得119
.3
2
1
=
σ126
.8
2
2=
σ96
.
10
2
3
=
σ
2
2t
N
σ
=
得51
.1
119
.3
176
.2
N
2
1
=
=27
.2
N
2
=40
.3
N
3
=
得到N=N3=3.40即三个反应釜串联。
六、实验结果及讨论
1、不同停留时间的离子之间的混合叫做返混。
2、测定停留时间分布的方法有脉冲法、阶跃法等。
3、注入示踪剂时与电脑点击的时间同步。