实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定
实验三 连续搅拌釜式反应器液相反应的动力学参数测定一、实验目的连续流动搅拌釜式反应器与管式反应器相比较，就生产强度或溶剂效率而论，搅拌釜式反应器不如管式反应器，但搅拌釜式反应器具有其独特性能，在某些场合下，比如对于反应速度较慢的液相反应，选用连续流动的搅拌釜式反应器就更为有利，因此，在工业上，这类反应器有着特殊的效用。
对于液相反应动力学研究来说，间歇操作的搅拌釜式反应器和连续流动的管式反应器都不能直接测得反应速度，而连续操作的搅拌釜式反应器却能直接测得反应速度。
但连续流动搅拌釜式反应器的性能显著地受液体的流动特性的影响。
当连续流动搅拌釜式反应器的流动状况达到全混流时，即为理想流动反应器——全混流反应器，否则为非理想流动反应器。
在全混流反应器中，物料的组成和反应温度不随时间和空间而变化，即浓度和温度达到无梯度，流出液的组成等于釜内液的组成。
对于偏离全混流的非理想流动搅拌釜式反应器，则上述状况不复存在。
因此，用理想的连续搅拌釜式反应器（全混流反应器）可以直接测得本征的反应速度，否则，测得的为表观反应速度。
用连续流动搅拌釜式反应器进行液相反应动力学，通常有三种实验方法：连续输入法、脉冲输入法和阶跃输入法。
本实验采用连续输入的方法，在定常流动下，实验测定乙酸乙酯皂化反应的反应速度和反应常数。
同时，根据实验测得不同温度下的反应速度常数，求取乙酸乙酯皂化反应的活化能，进而建立反应速度常数与温度关系式（Arrhenius formula ）的具体表达式。
通过实验练习初步掌握一种液相反应动力学的实验研究方法。
并进而加深对连续流动反应器的流动特性和模型的了解；加深对液相反应动力学和反应器原理的理解。
二、实验原理1．反应速度 连续流动搅拌釜式反应器的摩尔衡算基本方程： dtdn dV r F F A vA A AO =---⎰)(0 （1） 对于定常流动下的全混流反应器，上式可简化为0)(=---V r F F A A AO （2） 或可表达为VF F r A AO A -=-)( （3） 式中；AO F ——流入反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；A F ——流出反应器的着眼反应物A 的摩尔流率， 1-⋅s mol ；)(A r -——以着眼反应物A 的消耗速度来表达的反应速度，13--⋅⋅s mmol ；由全混流模型假设得知反应速度在反应器内一定为定值。
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。
实验名称：连续均相反应器材停留时间分布的测定
式中：C(t)—示踪剂的出口浓度。
C o—示踪剂的入口浓度。
U—流体的流量Qλ—示踪剂的注入量。
由此可见，若采用阶跃示踪法，则测定出口示踪物浓度变化，即可得到F（t）函数；而采用脉冲示踪法，则测定出口示踪物浓度变化，就可得到E（t）函数。
三、实验装置和流程本实验采用脉冲示踪法分别测定三釜串联反应器的停留时间分布，测定是在不存在化学反应的情况下进行的。
实验流程见图1。
四、实验步骤测定三釜串联反应器的停留时间分布，按以下步骤操作：4.1打开高位槽（1）的上水阀，当高位槽出现溢流后打开各分阀及流量计（2）上的阀门，将流量调为20L/H，并使流量稳定；4.2打开搅拌器电源，慢速启动电机，将转速调至所需稳定值；4.3接通三台DDS—11A型电导率仪电源，并检查电极是否正常。
4.4检查数模转换器联线，接通电源。
若转换器显示值偏离零点较大，调节电导率仪的调零旋钮。
4.5启动计算机，在WindowsX桌面上双击图标启动本采集软件。
系统在采集前，先进行“系统整定”，正常后单击“测定操作”进入“实验记录”子窗体。
4.6用针筒在反应器的入口快速注入3mL1.7N的氯化钾溶液，同时单击“实验记录”子窗体上的“启动”按钮或按下功能键“F5”，此时由计算机实时采集数据/4.7待反应器浓度不再变化后，单击“停止”按钮或按下功能键“F9”以结束采集。
此时可由“视图”菜单选择显示分布函数和密度函数曲线。
按“保存”图标实验报告；单击“报告”按钮可浏览实验结果。
五、实验数据处理在一定的温度下，氯化钾水溶液的电导率×（微姆/厘米）或（毫姆/厘米）取决于它的浓度C，由实验可以确定电导率（或与之对应的数模转换器的毫伏数）—浓度的对应关系，因而测定溶液的电导率（或对应的毫伏数）就可求得浓度。
从我们实测的氯化钾水溶液（以自来水作为溶剂）的电导率（或对应的毫伏数）—浓度数据可以看出：当浓度很低时，在一定的温度下，它的电导率（扣除自来水电导率后的净值）较好地与浓度成正比，故在计算F（t）和E(t)时同样可用电导率（或对应的毫伏数）代替浓度进行计算。
串联流动反应釜停留时间分布测定_科技论文
科技论文串联流动反应釜停留时间分布测定串联流动反应釜停留时间分布测定一.摘要1.1中文摘要：本实验是通过实验了解停留时间分布测定的基本原理和实验方法。
利用脉冲示踪法测定物料停留时间的分布。
观察示踪物料浓度随时间的变化，利用装置的平均停留时间，绘出多釜串联模型的停留时间分布密度曲线图。
1.2英文摘要：This experiment is through the experiment about determination of residence time distribution of thebasic principle and experimental method. Use of pulse tracing method for the determination ofresidence time distribution. Observation of tracer material concentration changes with time,utilizing device average residence time, draw the multi reactor series model of residence timedistribution density curves.二、实验目的1. 熟悉停留时间分布测定的基本原理和实验方法。
2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法。
3. 学会用理想反应器的串联模式来描述实验系统的流动特性。
三、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主流体，在不影响主流体原有流动特性的情况下随之进入反应器。
综合实验——停留时间分布综合实验报告
停留时间分布综合实验报告停留时间分布综合实验一、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 F （t)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 F(ｔ)来。
函数 E(ｔ)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＋d ｔ]间的物料占全部示踪物料的分率为 Ｅ（ｔ)dt 。
根据定义E(t)有归一化性质:0.1`)(0=⎰∞dt t E(1）E(ｔ）可以用其他量表示为)()/()(0t c M Q t E ⋅= (2)其中:Ｑ0主流体体积流量,M 为示踪物量,ｃ(t ）为t 时刻流出的示踪剂浓度。
对停留时间分布密度函数E （t)有两个重要概念,数学期望_t 和方差2t σ，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：∑∑∑∑====-∆∆=∆∆=Ni iAiNi iAii Ni iiN i iiit ct ct tt E t t E t t 1111)()((3）211221122)()(t t ct ct t t t E t t E tNi iAiNi iAii N i iiNi ii it -∆∆=-∆∆=∑∑∑∑====σ (4)式中△ti 是两次取样时间,若等时间间隔取样,2112211t cct cct t Ni AiNi Aii t Ni AiNi Aii -==∑∑∑∑====-σ(５) 对恒容稳定流动系统有:τ==-v V t R(6)为了使用方便，常用对比时间τθt=来代换t,经这样变换后，有以下关系：)()(t E E τθ=(7)222τσσθt =(8)对全混流12=θσ,对活塞流02=θσ，对一般情况102<<θσ。
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。
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。
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
连续搅拌釜式反应器详解
3.参考下列表格记录测定反应速率和反应速率常数的实验数据
实 验 序 号 1 2 3 4 5
反应温度T/℃
反应体积V/L 总体积流率Vs,0/L· min-1 反应物A的 出口浓 度 U/mV
(U-Uf)/mV
CA/mol· L-1
4.参考下列表格整理实验数据
实 验 组 号
反应温度T/K 空间时间/min 反应速率（-rA）/ mol· L-1· min-1 反应速率常数k/L· mol-1· min-1 (1) (2) (3) (4)
式中：τ=V/Vs,0，即为空间时间。对于恒容过程，进出口又无 返混时，则空间
时间也就是平均停留时间。因此，当V和Vs,0一定时，只要实验测得CA,0和CA， 即可直接测得在一定温度下的反应速率(-rA)。
2. 反应速率常数
CH3COOC2H5（A）+NaOH（B）→CH3COONa（C）+C2H5OH（D） 因为该反应为双分子反应，则反应速率方程为： (-rA)=kCACB 本实验中，反应物A和B采用相同的浓度和相同的流率，则上式可简为： (-rA)=kCA2 将上式线性化后，可得：lg(-rA)=2lgCA+lgk 当反应温度T和反应器有效容积V一定时，可利用改变流率的方法，测得 不同CA下的反 应速率（-rA）。由lg（-rA）对lgCA进行标绘，可得到一条 直线。由直线的截距lgk 求取k值。或用最小二乘法进行线性回归求得k 值。
2.
3.测定反应速率和反应速率常数的实验步骤
（1）停止加热和搅拌后，将反应器内的纯水放尽。启 动并调定计量泵，同时以等流率向器 内加入料液A和 B。待液面稳定后，启动搅拌器和加热器并控制转速和 温度恒定。当搅拌转速 在600r· min-1 时，总体积流率 在2.7~16L· h-1（相当于计量泵显示10~60 r·min-1）范围 （2）当操作状态达到稳定之后，按数据采集键，采集 与浓度CA相应的电压信号U。待屏幕 上 显示的曲线平直 之后，按终止采集键，取其平直段的平均值，即为与釜 内最终浓度CA相应 的U （3）改变流量重复上述实验步骤，测得一组在一定温 度下，不同流量时的U值数据。
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。
实验九多釜串联反应器停留时间分布测定实验(精)
i
i
i
i i
E E τ
τττττ
(( (6
方差2t σ是和理想反应器模型关系密切的参数,计算式是:
⎰⎰
⎰
∞
∞
∞
-=-=
20
22(((((τττττ
ττ
τττστd E d E d E (7
时间间隔τ∆相同其离散形式表达式为:
(2222
((((ττ
ττττττ
ττττστ-∆∆⋅=
∆∆⋅-=
四、操作要点
1.检查实验装置上方的示踪剂罐的存液量状况;若存液不足,需配制KNO 3饱和溶液,注于实验装置上方的示踪剂瓶内,准备妥当后则打开示踪剂调节阀。
2.启动计算机,将电脑硬盘D :\新化工原理实验\目录下的文件“化工原理数据库”删除或改名,以防止实验过程自动生成的实验数据文件覆盖上一组文件。
3.合上操作面板电源开关,启动水泵;全开单釜、多釜进水阀,全关反应釜下方的排空阀,往釜中加水入进行清洗、排放;完毕,关闭反应釜下方的排空阀,分别操作单釜、多釜进水阀,调节一定的水流量进入釜中,直至注满反应釜后在250-500转/分转速值范围调节各搅拌釜的转速。
出。
铂电极即是电导率仪的传感器,当含有
KCI或KNO3的水溶液通过安装在釜内液相
出口处铂电极时,电导率仪将浓度(τ
C转化
为毫伏级的直流电压信号,该信号经放大器
与A/D转化卡处理后,由模拟信号转换为数
字信号。
代表浓度(τ
C的数字信号由微机内用
预先输入的程序进行数据采集记录和处理,并且形成相应的实验原始数据文件,供拷贝或用打印机输出。数据采集原理方框图见图2。
τττ(
((
((0
单釜和多釜串联反应装置停留时间分布测定
(2)
物料在反应器内的停留时间是一个随机变量，其主要有两个数字特征：
数学期望：即平均停留时间，是指各流体微元通过反应器所需停留时间的平均值。其数学表达式如下：
(3)
方差：指各流体微元通过反应器所需停留时间和平均停留时间之差的平方的平均值，用符号 表示，它反映了停留时间分布的离散程度。其数学表达式如下： (4)
0.1962
0.0853
6.用注射器将5mL饱和KCl溶液迅速注入反应釜1。
7.当3个电导率仪的读数都趋于零时，依次点击停止采集、开始计算、显示数据，观察图形形貌，将数据保存（d20090311-2），最后点击结束实验。
8.旋开反应釜下方的活塞，将釜内液体排尽，再开泵冲洗3次。
（五）实验数据：
1.实验基本参数
实验室温度17.6℃；饱和氯化钾溶液注射量5.0ml；
4.开启搅拌器，调节搅拌速度为200r/min。调节连通器高度，使得反应釜内液面高度与釜上的红线相平，将电导率仪测量档调至×103档，调零。
5.开启计算机，进入系统后启动记录软件，输入实验操作参数，设置数据记录时间间隔为2s，搅拌速度200r/min，水流量为20L/h，点击开始按钮，计算机开始记录实验数据并且显示曲线。
1.011
0.598
200
0.693
0.979
0.637
220
0.583
0.952
0.684
236
0.557
0.913
0.693
252
0.5
0.859
0.718
276
0.427
0.823
0.73
296
0.391
0.757
0.747
反应工程实验 答案
反应工程实验实验 1 连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布及其流动模型的测定⑴ 何谓返混？答：返混是指不同的停留时间的微团之间的混合。
⑵ 返混的起因是什么？答：器内反应流体的流动状态、混合状态以及器内的传热性能等。
⑶ 限制返混的措施有那些？答：器内反应流体的流动状态和混合状态的复杂性，反应流体在反应器内浓度、温度和速度的分布造成返混。
⑷ 测定停留时间分布的方法有那些？答：脉冲法、阶跃法、周期示踪法和随机输入示踪法⑸ 本实验采用哪种方法？答：脉冲示踪法。
⑹ 何谓示踪剂？答：平推流和理想混合流。
⑺ 对于示踪剂有什么要求？答：反应器出口的反应物料的各质点具有不同的停留时间。
⑻ 本实验采用什么示踪剂？答：饱和KCL溶液。
⑼ 为什么说返混与停留时间分布不是一一对应的？答：器内物料的返混会导致各种不同的停留时间分布而有停留时间分布的反应器，器内未必一定有返混存在。
⑽ 为什么可以通过测定停留时间分布来研究返混？答：在定常态下的连续流动的系统中，相对于某瞬间的流入反应器的流体，在反应器出口流体的质点中在器内停留了⊿t的流体的质点所占的分率。
⑾ 模型参数与实验中反应釜的个数有何不同？答：多级全混流模型。
⑿ 模型参数与实验中反应釜的个数为什么不同？答：不同。
模型参数N的数值可检验理想流动反应器和度量非理想流动反应器的返混程度。
当实验测得模型参数N值与实际反应器的釜数相近时，则该反应器达到了理想的全混流模型。
若实际反应器的流动状况偏离了理想流动模型，则可用多级全混流模型来模拟其返混情况，用其模型参数N值来定量表征返混程度。
⒀ 如何保证各釜有效容积相等？答：要保持水的流量和釜内波面高度稳定。
⒁ 本次实验用什么来测电导率？如何清理？答：铂黑电极。
用丙酮清洗。
⒂ 实验过程中如何保持操作条件的恒定和测定仪器的稳定？答：每次实验前，需检查校正电导率仪指针的零点和满量程；保持电极插头洁净，用最好用丙酮擦拭干净；防止电极上气泡的形成，一旦有气泡必须及时清除(放水控干)。
多釜串联反应器停留时间分布的测定实验心得
多釜串联反应器停留时间分布的测定实验心得以多釜串联反应器停留时间分布的测定实验心得为题一、实验目的本次实验的目的是通过实验数据的测量，得出多釜串联反应器的停留时间分布，并对实验结果进行分析和讨论，从而深入了解化工反应器的工作原理和性能。
二、实验原理多釜串联反应器是一种常见的化工反应器，它由多个反应釜串联而成，每个反应釜具有不同的体积和反应速率，反应物在不同的反应釜中停留的时间不同，形成不同的反应程度。
因此，多釜串联反应器的停留时间分布是一个非常重要的性能指标，它决定了反应的完全程度和反应产物的质量。
在本次实验中，我们采用了示踪剂法来测定多釜串联反应器的停留时间分布。
示踪剂通常是一种无色、无味、无毒的物质，它与反应物一起进入反应器中，在反应过程中被反应物所转化，形成不同的产物。
通过对产物的浓度分布进行测量，就可以得到反应物在不同反应釜中停留的时间分布。
三、实验步骤1.制备反应物：本次实验中，我们采用了酸碱中和反应进行测定。
首先，我们制备了0.1mol/L的盐酸溶液和0.1mol/L的氢氧化钠溶液，分别称取10mL，然后将它们混合在一起。
2.加入示踪剂：为了测量反应物在不同反应釜中的停留时间分布，我们需要加入一个示踪剂。
本次实验中，我们选择了甲基红作为示踪剂，将它加入到反应物中。
3.进行反应：将反应物加入到多釜串联反应器中，开启搅拌器，控制反应温度在室温下不变，反应30分钟。
4.取样分析：在反应过程中，我们每隔5分钟取一次样，并用紫外分光光度计测量产物的浓度。
5.数据处理：将测得的产物浓度数据进行处理，得到反应物在不同反应釜中停留的时间分布。
四、实验结果通过实验测量和数据处理，我们得到了多釜串联反应器的停留时间分布曲线。
该曲线呈现出一个单峰分布，峰值大约在10分钟左右。
这意味着反应物在第一个反应釜中停留的时间最长，而在后续的反应釜中停留的时间逐渐缩短。
同时，我们还发现，当反应物在反应器中停留的时间超过20分钟时，反应速率急剧下降，这表明反应物已经接近于完全反应。
釜停留时间分布的测定
停留时间分布的测定一、实验目的1. 了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法；2. 掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法；3. 了解学会用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性。
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。
常用的示踪剂加入的方式有脉冲输入、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主体流，在不影响主流体原有流动特性的情况口检测示踪剂浓度c(t)随时间的变化。
整个过程可以Ｑ(a) 脉冲输入法c0C C(b) 脉冲输入(c) 出口响应图1 脉冲法测停留时间分布脉冲输入法测得的停留时间分布代表了物料在反应器中的停留时间分布密度即E(t)。
若加入示踪剂后混合流体的流率为Q，出口处示踪剂浓度为C（t），在dt时间里示踪剂的流出量为Qc(t)dt，由E(t)定义知E(t)dt是出口物料中停留时间在t与t+dt之间示踪剂所占分率，若在反应器入口加入示踪剂总量为m对反应器出口作示踪剂的物料衡算，即（１）示踪剂的加入量可以用下式计算（２）在Ｑ值不变的情况下，由（１）式和（２）式求出：（３） 关于停留时间的另一个统计函数是停留时间分布函数F(t)，即（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（５） 方差是和理想反应器模型关系密切的参数，它的定义是：（６） 若采用无因次方差则有2Θσ2Θσ_2/t i σ=2对活塞流反应器02=Θσ,而对全混流反应器12=Θσ;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。
实验1连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定一、 实验目的(1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。
(4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。
(5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。
二、 实验原理 （1）停留时间分布当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。
停留时间分布和流动模型密切相关。
流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。
对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。
对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。
（2）停留时间分布密度函数E (t )停留时间分布密度函数E (t )的定义：当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即()=dNE t dt N(1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。
由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。
根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：()1∞=⎰E t dt （2）不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。
根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。
平推流 全混流 非理想流动图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图（3）停留时间分布密度函数E (t )的测定停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。
实验06 阶跃示踪法测定连续搅拌釜式反应器的停留时间分布
1．利用所测得的电导值，根据实验六所列的κ～c关系式，计算出相应温度下的c(t)值，
并按照c(t)/c0=F(t)，计算出F(t)值〔注意：c0即反应器出口流出最后不变的c(t)值〕；
2．取 F(t)为纵坐标， t 为横坐标，标绘出 F(t)～t 曲线；
n
∑ t∆F (ti )
3．根据实验六的式(5)和本实验式(1)的关系，用t =
1．在进行实验之前，如何调节水和 KCl 溶液的流量? 2．做好本实验应当注意哪些问题?
91
停留时间分布的表示方法有两种，在反应器内物料粒子停留时间小于 t 的概率称为停留 时间分布函数 F(t)，其一阶导数
dF (t) = E(t)
(1)
dt
E(t)称为停留时间分布密度函数(其测定方法已在实验七中讨论过)，其物理意义是停留时
间在 t→t+dt 之间的概率为 E(t)dt，根据 E(t)的定义可以知道
F (t) = c(t) = 1 − e−t / t
(4)
c0
式(4)即为全混流反应器的停留时间分布函数曲线的数学表达式。 由此可见，用阶跃示踪法测定反应器的 RTD，只要实验数据与数学表达式相吻合，亦即
−
ln⎜⎜⎝⎛1
−
c(t) c0
⎟⎟⎠⎞
与
t
呈线性关系，则就证明该反应器为全混流反应器。
本实验采用阶跃示踪法，其基本要点是，当系统内流动的物料达到定态流动后，将原来 在反应器内流动的物料从某一时刻开始，瞬间切换成另一种流量相同，流况不发生变化的含
90
五、实验记录与数据处理
(一) 数据记录 水的流量： KCl溶液的流量：
ml·min-1 ml·min-1
实验十四连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布实验
实验十四 连续搅拌釜式反应器液体停留时间分布实验一、实验目的1．了解连续流动的单级、二级串联获三级串联搅拌釜式反应器的结构、流程和操作方法；2．初步掌握液体连续流动搅拌釜式反应器的流动模型的检验和模型参数的测定方法；3．掌握一种测定停留时间分布的实验技术。
二、实验原理本实验采用的脉冲激发方法是在设备入口处，向主体流体瞬间注入少量示踪剂，与此同时在设备出口处检测示踪剂的浓度c(t)随时间t 的变化关系数据或变化关系曲线，该曲线可以直接转换为停留时间分布密度E(t)对时间t 的关系曲线。
从实验测得的E(t)---t 曲线的图像，可以判断流体流经反应器的流动状况。
由实验测得全混流反应器和多级串联全混流反应器的E(t)---t 曲线的典型图像如图1所示。
若各釜的有效体积分别为V 1、V 2、V 3，且V 1=V 2=V 3。
当单级、二级和三级全混流反应器的总有效体积保持相同，即V 1-cstr =V 2-cstr=V 3-csrt 时，则其E(t)---t 曲线的图像如1(a)所示；当各釜体积虽相同，但单釜、二釜串联和三釜串联的总有效体积又各不相同时，如单釜有效体积V 1-cstr =V 1，而双釜串联总有效体积V 2-cstr =V 1+V 2=2V 1，三釜串联的总有效体积V 3-cstr =V 1+V 2+V 3=3V 1，则其E(t)---t 的图像如图1(b)所示。
停留时间分布属于随机变量的分布，除了用上述直观图像加以描述外，通常还可采用一些特征数来表表征分布的特征。
概率论表征这种随机变量分布的数字特征主要是数学期望和方差。
（1）停留时间分布的数学期望：随机变量的数学期望也就是该变量的平均数。
流体流经反应器的停留时间分布的数学期望定义式为：⎰⎰∞∞=0dtE(t)dt tE(t)t ˆ若取等时间间隔的离散数据，即Δt i 为定值，则：∑∑===n1i i n1i i i )E(t /)E(t t t ˆ本实验以水为主流流体，氯化钾饱和溶液为示踪剂。
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实验一 连续搅拌釜式反应器停留时间分布的测定
一、 实验目的
(1) 加深对停留时间分布概念的理解； (2) 掌握测定液相停留时间分布的方法； (3) 了解停留时间分布曲线的应用。
(4)了解停留时间分布于多釜串联模型的关系，了解模型参数N 的物理意义及计算方法。
(5) 了解物料流速及搅拌转速对停留时间分布的影响。
二、 实验原理 （1）停留时间分布
当物料连续流经反应器时，停留时间及停留时间分布是重要概念。
停留时间分布和流动模型密切相关。
流动模型分平推流，全混流与非理想流动三种类型。
对于平推流，流体各质点在反应器内的停留时间均相等，对于全混流，流体各质点在反应器内的停留时间是不一的，在0～∞范围内变化。
对于非理想流动，流体各质点在反应器内的停留时间分布情况介乎于以上两种理想状态之间，总之，无论流动类型如何，都存在停留时间分布与停留时间分布的定量描述问题。
（2）停留时间分布密度函数E (t )
停留时间分布密度函数E (t )的定义：
当物料以稳定流速流入设备（但不发生化学变化）时，在时间t =0时，于瞬时间dt 进入设备的N 个流体微元中，具有停留时间为t 到(t +dt )之间的流体微元量dN 占当初流入量N 的分率为E (t )dt ，即
()=dN
E t dt N
(1) E (t )定义为停留时间分布密度函数。
由于讨论的前提是稳定流动系统，因此，在不同瞬间同时进入系统的各批N 个流体微元均具有相同的停留时间分布密度，显然，流过系统的全部流体，物料停留时间分布密度为同一个E (t )所确定。
根据E (t )定义，它必然具有归一化性质：
()1∞
=⎰
E t dt （2）
不同流动类型的E (t )曲线形状如图1所示。
根据E (t )曲线形状，可以定性分析物料在反应器（设备）内停留时间分布。
平推流 全混流 非理想流动
图1 各种流动的E (t )～t 关系曲线图
（3）停留时间分布密度函数E (t )的测定
停留时间分布密度函数E (t )的测定，常用的方法是脉冲法。
此法采用的示踪剂，既不与被测流体发生化学反应，又不影响流体流动特性，也就是说，示踪物在反应器（设备）内的停留时间分布与被测流体的停留时间分布相同。
所以，当注入一定量Q 的示踪物时，经过t →(t +dt )时间间隔流出的示踪物量占示踪物注入总量Q 的分率就是与示踪物注入同时进入系统的物料中，停留时间为t →(t +dt )的那部分流体物料占总流体的物料的分率， 即：
亦即：
()()⋅⋅=V C t dt
E t dt Q
或
()
()⋅=
V C t E t Q
(3) V ——流体体积流量，(ml/s) Q ——加入的示踪物总量，(mg)
C (t )——示踪物的出口浓度，(mg/ml)
显然，若测得C (t )-t 的关系，将C (t )乘以
V
Q
，即得E (t )-t 的关系。
（4）E (t )的计算方法
本实验用水为流体，以KCl 为示踪物，用电导率仪测定示踪物KCl 的浓度C (t )随时间的变化关系曲线。
KCl 的浓度经仪器转化为电讯号（以mv 值显示），电讯号的相对大小又可以用相对长度（mm ）来表示。
如图2中的一条曲线是电讯号V (t )与时间t 的关系曲线。
设C (t )=k ˊV (t
)
图2 V (t )～t 曲线
则由()()=
V
E t C t Q
得， ()()'=
V
E t k V t Q
令'=
V k k Q
则E (t )=kV (t ) 图2中，
001
()()()1()()∞∞===⎰⎰E t dt
dA V t dt k E t dt A V t dt E t dt
k
()
()=
=dA V t E t Adt A
V (t )——记录曲线图的纵坐标，mm ； k `——比例系数；
A ——V (t )～t 曲线下面的总面积，mm·s 。
由式（10）知，V (t )除以A 即得E (t )。
（5）停留时间分布密度函数E (t )的分析
为了比较、分析不同流动状态下的E (t )，一般用散度（无因次方差）2θσ进行定量比较。
如，对于平推流，2θσ=0，对于全混流，2θσ=1，对于一般流动0<2θσ<1。
平均停留时间t 的计算：
()()
=∑∑tE t t E t (4)
方差2t σ的计算
22
2()
()
σ=
-∑∑t t E t t E t （5）
散度(无因次方差) 2θσ的计算
2
2
t 2σθσ=
t
(6)
三、 实验仪器及药品
反应器：4个，Ф110mm ，H=120mm 电导率仪：一台 DDS-302B 型 搅拌器：4台 水槽：1个 计算机：1台 KCl (分析纯) 2.5N 四、 装置流程
水槽
图3 釜式反应器停留时间分布测定装置
五、实验步骤
（1）打开控制柜总电源，之后打开电导率仪的电源开关，校正零点。
（2）将示踪剂倒入示踪剂罐中，备用。
（3）打开水龙头使水槽中充满水。
（4）启动离心泵，调节流量计的开度，是使流量达到适当值，让水充满4个反应釜。
（5）打开个搅拌器开关，至于适当档位上，调节转速以达实验要求。
(6) 打开计算机，进入四釜串联返混装置主画面，点击进入数据采集画面，设定电磁阀开时间，点开始键，待基线回到初始位置时，按停止键保存数据。
（7）加入相同量的示踪剂，分别改变水的流量和反应釜内的搅拌转速，重复以上操作。
(7)实验结束，关搅拌器、电导率仪、计算机、总电源及水阀门。
六、实验数据处理
1、根据单釜、二釜、三釜和四釜的V(t)~t曲线，将其换算成E(t)~t关系。
并画出
E(t)~t曲线。
2、检验E(t)数据的归一性。
3、计算平均停留时间、方差和无因次方差。
4、若用多级全混流串联模型描述该流动，计算模型中的釜数N。
七、思考题
(1) 影响多釜串联反应器停留时间分布的因素有哪些？
(2) 根据实验测得的4釜、3釜、2釜及1釜的停留时间分布曲线，比较分析哪一种更接近理想全混流流动模型？
(3) 对于4釜串联的情况，多级全混流串联模型中釜数N 是否等于4？若不等于4，请说明原因，并说明如何操作能是N 尽量接近于4。
八、 自测题
1. 下图的四条实验曲线中，你认为哪条是单釜的曲线 ？哪条是四釜串联的曲线 ？哪条曲线更接近于全混流流动 ？
2004006008001000120014001600
0.0
0.20.40.60.8
1.0D
C
B
电压，m v
时间，s
A
2. 本实验中采用的示踪剂是
A. KCL ；
B. N 2；
C. 颜料；
D. 沙子 3.实验中以 测定示踪物的浓度。
A ．气相色谱仪； B. 电导率仪； C . 压差计； D. 液相色谱 4.示踪剂的注入方式为 。
A. 阶跃式；
B. 脉冲式；
C. 随即式；
D. 周期式。