1、文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.一、實驗目的1、了解停留時間分布測定的基本原理和實驗方法；2、了解多釜串聯模型中模型參數N 的的計算方法和物理意義；3、掌握停留時間分布的統計特征值的計算方法。二、實驗原理在連續操作的反應器內，由于空間的反向運動和不均勻流動造成不同年齡的粒子或微團間的混合成為返混。返混程度的大小一般難以直接測定，通常是利用無聊停留時間分布的測定來研究返混程度。但是返混和停留時間兩者之間并存在一一對應關系，即具有相同的停留時間分布可以有不同的返混情況，因此，不能直接把測定的停留時間用于描述微團間充分混合系統的返混程度，而要借助于符合實際流動的模

2、型方法。物料在反應器中的停留時間完全是隨機過程，根據概率統計理論，可籍用兩種概率分布定量地描述物料在流動系統中的停留時間分布，這兩種概率分布為停留時間分布函數F(t)和停留時間分布密度函數E(t)。停留時間分布密度函數E(t)的定義是：在定常態的連續流動的系統中，相對于某瞬間t=0的流入反應器的流體，在反應器出口流體的質點中在器內停留了t 與 t+dt 之間的流體的質點所占得分率應為E(t)dt 。停留時間分布函數F(t) 的定義為：在定常態的連續流動的系統中，相對于某瞬間t=0 的流入反應器的物料，在反應器出口料流中停留時間少于t 的物料所占得分率。根據定義 E(t) 和tF(t)的關系為：

3、 F (t )E(t) dt 。0停留時間分布的實驗測定有脈沖法、階躍法等。本實驗采用脈沖法，當被測系統達到穩定后，在系統的入口處瞬間注入一定量M 的示蹤劑，同時開始在出口流體中檢測示蹤劑的濃度變化。根據停留時間分布密度函數E(t)的意義，可知在t=0 時注入示蹤劑，其停留時間分布密度必按E(t) 函數分配，因此可預計停留時間介于t 至 t+dt 間的那部分示蹤劑物料量為M E(t )dt ，必將在 t 至 t+dt 自系統的出口流出，氣量為 V C (t) dt ，故M E(t )dt V C (t )dt（9-1）V C (t )V C (t)C (t )（ 9-2）E(t )MV C (

4、t) dtC (t )dt001文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.式中： V 流體體積流量M 示蹤計量C(t) t 時刻在出口流體中的示蹤劑濃度由（9-2）式可以看出，所測反應器系統中物料的停留時間分布密度函數E(t)正比于反應器出口示蹤劑濃度。因此，本實驗中用水作為物料，使用飽和KCl 水溶液作為示蹤劑；在系統出口處安裝了一套電導檢測系統。由于在一定的KCl 水溶液濃度范圍內，電導率正比于其濃度。顯然，所測系統的物料停留時間密度函數正比于系統出口處KCl 水溶液的電導率，即E(t)L(t ) ，L(t) 為 t 時刻 KCl 水溶液的電導率。為了對不同流動狀

5、況下的停留時間分布函數進行定量比較，可采用概率論中的數學期望t 和方差t2 來表達。數學期望 t 的表達式為：若取離散數據，并采用等時間間隔，即t 為常數，則方差t2 的表達式：若取離散數據，并采用等時間間隔，則若用對比時間 來表示：用對比時間表達無因次方差2 ，多釜串聯模型：所謂多釜串聯模型是將一個實際設備中的返混情況視作與若干個全混流反應器相串聯時的返混程度這里的全混流反應器數目是一個虛擬值，它是模型參數，并不代表實際反應器個數。模型假設：每個反應器為全混流反應器，反應器之間無返混存在；反應器體積 V R 相同，且 V R=V/N ，其中 V 為實際反應器體積。因此，系統的停留時間分布密度

6、函數 E（t）的推導施加脈 Mg 沖示蹤劑 A，作物料衡算。時刻 t，對 i 1 進行衡算。（A 的流入速度）（ A 流出第一全混區的流率）該區積累速率i=2 時，物料衡算有：2文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.t 0 時， C A2 0如此計算下去， iN 時的 C AN :將ttiNF (t )E(t)dt 1N 11N 1L2NtNt1NtNt1 Nt1 e tt0(N 1)! t( N 2)! t2 tt對此模型 E（ ）、F（）只是參數 N 的函數，可作圖得到如下圖所示形狀。由 E()圖可得： N 愈大，峰形愈窄，當釜數N 趨于無限大時，則接近于平推

7、流的情況。當 N1，當 N，221 ，為全混流特征；0 ，為平推流特征。三、實驗裝置及流程實驗裝置是由單釜和三釜串聯二個系統組成。三釜串聯反應器中每個釜的體積為1L 。單釜反應器的體積為3L。實驗時， 水分別從轉子流量計流入三釜串聯于單釜系統，待系統穩定后，在單釜與三釜串聯系統的第一個反應釜的進口處分別用針筒注入示蹤劑飽和KCl 溶液，在每個反應釜出口處的電導檢測系統可以檢測示蹤劑濃度變化情況，檢測器的輸出信號與計算機相聯，并記錄其示蹤劑的流出情況。四、實驗步驟1、準備工作配置飽和 KCl 溶液；連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水；檢查電機導線連接是否正確。2、實驗打開總電源開關，打

8、開水位控制開關，開啟水閥門，當水位指示綠燈亮后，關小入水閥門，慢慢打開進水轉子流量計的閥門。調節水流量維持在30L/h，直至各釜充滿水，并能正常的從最后一級流出。分別開啟釜 1、釜 2、釜 3 攪拌電機開關，再旋轉調節電機轉速的旋鈕，使三釜攪拌程度大致相同（電流表指示在3540V 之間），開啟電磁閥開關和電導儀總開關，再分別開起三個電導儀開關，將拔鈕至“校正 ”位置，調節下放電位器使表針指示為滿刻度1.0，3文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.至此，將拔鈕扳至測量位置準備測量。開啟計算機，在桌面上雙擊 “多釜返混實驗 FH3”圖標，在主畫面上按上 “實驗流程 ”

9、 按鈕，調節 “示蹤劑量 ”、“進水流量，實顯示值為實驗值，在操作員號框中輸入自己對應號。按下 “趨勢圖 ”按鈕，調節 “實驗周期 ”、“閥開時間 ”，使顯示值為實驗所需值 （推薦試驗周期 25 30 分鐘，閥開時間 1.6 秒），按下開始按鈕，開始采集數據。待測試結束后，按下 “結束 ”按鈕后，按下 “保存數據 ”按鈕，將該數據文件保存在硬盤或軟盤上。3、停車實驗完畢，將實驗柜上三通閥轉至“H2O”位置，將程序中“閥開時間 ”調到最大，按 “開始 ”按鈕，沖洗電磁閥，反復多次。關閉各水閥門、電源開關，打開釜底排水閥，將水排空。退出實驗程序，關閉計算機。五、數據處理由實驗記錄的C(t)t 關系，首先求出不同時刻的E(t)值，然后求出平均停留時間t 和方差 t2