3E07_多釜串联流动特性的测定

实验报告课程名称： 化工专业实验1 指导老师： 黄灵仙 成绩：__________________ 实验名称： 多釜串联流动特性的测定 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．观察了解多釜串联的流动特性，并与理想流型特性曲线作比较。

2．掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布的实验方法及数据处理。

3．根据单个釜的流动特性推测四釜串联的理论流动特性，并与实际测量值进行比较。

二、实验内容和原理1．对于等容积理想全混式多釜串联的流动，如用脉冲示踪法测定其出口浓度变化曲线，经过换算，可得到停留时间分布的密度函数E ( t )，即1()(1)!N Nt N tN t E t eN t t --⎛⎫= ⎪-⎝⎭（1）令-=t t /θ，代入上式 θθθN N Ne N N E ---=1)()!1()( （2）式中 N —釜数t — 整个装置的平均停留时间，(= N(V R )i / v)(V R )i — 每一小釜的体积 v — 流体流量据式（1），（2）可计算一组理想全混式的流动曲线，如图一（a ）所示，由于实验测定的是出口浓度变化曲线C ( t ) ~ t ，如图一（b ）所示，经下列关系换算，可得E ( t )()()()C t C t E t Co Cdt∞==⎰ 或写成离散型函数1()()nC t E t C t=-∆∑及 1()()()ntC t E tE t C tθ==∆∑ （3）据式（3）可得一组实验测定E ( θ ) ~ θ曲线，可与图一（a ）所得到的一组曲线进行拟合比较。

（a ）理论值（b ）实验值图1 多釜串联的停留时间分布曲线2．计算实测分布曲线的均值（t ）和方差2θσ因为 21Nθσ=由上式可计算的模型参数N （釜数）及t ，再与理论值进行比较。

实验二多釜串联反应器中返混状况测定实验目的本实验通过单釜与三釜串联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，从而掌握控制返混。

实验目的为:1）掌握停留时间分布的测定方法。

2）了解停留时间分布于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。

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 t 和停留时间分布函数F t 。

停留时间分布密度函数f 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dNN为f 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f（t）dt=V▪C（t）dt/Q (1)Q=∫VC（t）dt (2)所以f(t)= VC(t)/[∫VC(t)dt]=C(t)/[[∫VC(t)dt](3)由此可见f(t)与示踪剂浓度C(t)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浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即f(t)L(t) ，这里L(t)Lt L ，Lt为t时刻的电导值，L∞为无示踪剂时电导值。

实验报告课程名称： 化工专业实验 指导老师： 成绩：________________实验名称： 多釜串联流动特性的测定 实验类型： 反应工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备 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 七、讨论、心得一、实验目的1．观察了解多釜串联的流动特性，并与理想流型特性曲线作比较。

2．掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布的实验方法及数据处理。

3．根据单个釜的流动特性推测四釜串联的理论流动特性，并与实际测量值进行比较。

二、实验原理1．对于等容积理想全混式多釜串联的流动，如用脉冲示踪法测定其出口浓度变化曲线，经过换算，可得到停留时间分布的密度函数E ( t )，即1()(1)!N Nt N tN t E t eN t t --⎛⎫= ⎪-⎝⎭ (1)()1()(1)!N N N t E N e N t θθθθ--⎛⎫==⎪-⎝⎭…………（2） 式中 N —釜数t — 整个装置的平均停留时间，(= N (V R )i / v ) (V R )i — 每一小釜的体积 v — 流体流量据式（1），（2）可计算一组理想全混式的流动，由于实验测定的是出口浓度变化曲线C ( t ) ~ t ，经下列关系换算，可得E ( t )()()()C t C t E t CoCdt∞==⎰ 或写成离散型函数1()()nC t E t C t=-∆∑及 1()()()ntC t E tE t C tθ==-∆∑ (3)据式（3）可得一组实验测定E ( θ ) ~ θ曲线，可与图1（a）所得到的一组曲线进行拟合比较。

（a）理论值（b）实验值图1 多釜串联的停留时间分布曲线2．计算实测分布曲线的均值（t）和方差2θσ因为21 Nθσ=由上式可计算的模型参数N（釜数）及t，再与理论值进行比较。

三、实验装置及仪器本装置由四个搅拌釜反应器组成，分别装备了不同类型的搅拌桨和挡板，每个搅拌釜反应器可独立操作，也可以串联操作。

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8 连续流动液相体系单釜与多釜串联停留时间分布测定一、实验目的1、掌握脉冲示踪法测定连续流动液相体系单釜与串联釜停留时间分布的实验原理及方法。

2、掌握停留时间分布实验曲线的处理方法，并求出停留时间分布密度函数E （t ），分布函数F （t ）及其特征值平均停留时间t 和无因次方差﹕δt 2, δθ2。

3、进一步明确返混的概念以及返混的量化。

二、实验原理示踪剂采用KCl 水溶液，在反应器入口处瞬间注入一定量的示踪剂，在反应器出口通过电导率测定仪测定离子浓度，以记录仪输出曲线显示峰高，即峰高正比于电导率，电导率又正比于离子浓度。

因此，记录仪记录纸上峰高的变化即反映了示踪剂中K +、Cl -浓度的变化。

实验可得到如图1，图2的记录曲线。

图1 单釜记录曲线 图2 双釜记录曲线由图1和图2所示的脉冲示踪曲线，即可以求出流动条件下单釜与串联釜停留时间分布密度函数E （t ）分布函数F （t ），平均停留时间t ，方差δt 2以及无因次方差δθ2。

三、实验装置及流程hth料1料2图2 三釜串连实验装置及流程图SIC-转速调节控制TRC-温度调节控制CR-电导测量记录1-调节阀2-转子流量计3-反应釜四、实验步骤1、配制一定浓度的KCl水溶液（思考题：浓度配多少较好？）；2、接通自来水，调至一定的流量并稳定片刻，开动电动搅拌；3、用注射器抽取一定量的示踪剂（思考题，抽取多少为好）；4、开动电导仪，记录仪；5、将注射器插入反应器进样口，瞬间快速注入示踪剂；6、待记录仪指针回到基线，停止走纸，改变水流速度继续实验。

7、改变釜数，重新进行实验。

五、数据记录反应釜上、下体积，水流量，搅拌转速，示踪剂量，走纸速度。

六、数据处理1、在图1、图2 所示记录曲线上等时间间隔（Δt）取n个点（15～20个左右）2、计算公式平均停留时间t ： ⎰⎰∞∞=0)()(dt t E dtt tE t =∑∑==ni ini ii hht 11方差δt 2: ⎰⎰∞∞-=2)()()(dtt E dtt E t t tδ=2222)()(t h h t t dtt E dtt E t ii i -∑∑=-⎰⎰∞∞无因次方差 δθ2222ct τδδθ=单釜停留时间 0V V Rc =τ 多釜串联模型参数 21N θδ=七、思考题1、流体通过反应器的停留时间分布由哪些因素决定？2、本次实验中，示踪剂浓度的配制及量抽取量对停留时间分布曲线测定有何影响？3、预计你的单釜及多釜实验的无因次方差δθ2约多少？4、空时间和平均停留时间有何关系？5、本次实验中，若是关掉电动搅拌，而其条件不变，则所测得的停留时间分布曲线又将怎样，为什么？6、由多釜串联模型参数N ，说明计算值N 与具体釜数n 的差别原因是什么？如何改进？八、主要符号说明t-时间s E(t)-停留时间密度函数t-平均停留时间Hi-峰高mmδt2-方差V R-单釜反应器体积δθ2-无因次方差V0-体积流量m3/hN-多釜串联模型参数n-实际釜数-单釜停留时间sc。

多釜串联实验实验报告多釜串联实验是一种常用的实验方法，通过将多个热水釜串联在一起，可以模拟实际工业生产中的热能传递过程。

本文将从实验目的、实验原理、实验步骤和实验结果等方面进行详细介绍。

一、实验目的本实验的主要目的是研究多釜串联系统中热能的传递规律，通过测量每个釜的温度变化和热能传递效率，探究串联系统中的热能传递特性。

同时，通过实验结果的分析，进一步理解热能传递的基本原理。

二、实验原理多釜串联实验是利用热传导原理进行热能传递的过程。

热传导是物质内部热能传递的一种方式，物质中的热量会由高温区传递到低温区，直到达到热平衡。

在多釜串联系统中，热量通过热水釜的壁面传导，从而实现热能的传递。

三、实验步骤1. 准备实验设备：多个相同规格的热水釜、温度计、计时器等。

2. 将多个热水釜按照串联的方式连接起来，确保釜与釜之间无泄漏。

3. 在每个釜中注入适量的水，并将水加热至一定温度。

4. 启动计时器，记录每个釜的初始温度，并开始记录每隔一定时间间隔的温度变化。

5. 持续观测一段时间，记录每个釜的温度变化情况。

6. 实验结束后，停止计时器，并记录最终各个釜的温度。

7. 按照实验要求，对实验数据进行整理和分析。

四、实验结果根据实验数据的整理和分析，可以得出以下结论：1. 在多釜串联系统中，热能会从高温釜传递到低温釜，直至达到热平衡。

2. 随着时间的推移，各个釜的温度逐渐趋于稳定，温度差也逐渐减小。

3. 串联系统中，越靠近热源的釜温度越高，越靠近冷源的釜温度越低。

4. 串联系统中的热能传递效率取决于热传导的速率和热传导的材料。

5. 实验结果与串联釜的数量、釜与釜之间的热传导性能等因素有关。

五、实验分析通过多釜串联实验，我们可以深入理解热能传递的基本原理和热传导过程。

同时，实验结果还可以为实际工业生产中的热能传递问题提供参考和依据。

通过改变串联釜的数量、釜与釜之间的热传导材料等参数，可以进一步研究热能传递的规律和影响因素，为优化热能传递系统提供理论支持。

多釜串联反应器及管式反应器返混测定实验多釜串联返混实验装置是测定带搅拌器的釜式液相反应器中物料返混情况的一种设备，它对加深了解釜式反应器的特性是最好的实验手段之一。

通常是在固定搅拌马达转数和液体流量的条件下，加入示踪剂，由各级反应釜流出口测定示踪剂浓度随时间变化曲线，再通过数据处理得以证明返混对釜式反应器的影响，并能通过计算机得到停留时间分布密度函数及多釜串联流动模型的关系。

此外，也可通过其它种类反应器进行对比实验，进而更深刻的理解各种反应器的特性。

本实验通过管式反应器与三釜串联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。

一、实验目的(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。

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(t)和停留时间分布函数F(t)。

停留时间分布密度函数f(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N dN 为f(t)dt 。

停留时间分布函数F(t)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()()Q dt t C V dt t f ⋅= (1)()⎰∞=0dt t VC Q (2)所以 ()()()()()dt t C t C dt t VC t VC t f ⎰⎰∞∞==00 (3) 由此可见()t f 与示踪剂浓度()t C 成正比。

多釜串联返混性能测定实验实验基本要求及注意事项：(1) 书包放书包柜或实验台最外侧柜子；(2) 必须穿实验服；(3) 实验完成后清扫桌面和地面；关闭锁好窗户拉好窗帘；(4) 老师在原始数据上签字后方可离开实验室；(5) 实验操作规程在设备对应实验台的第一个抽屉内。

1实验前准备工作1.1检查并确认水箱内水满(去离子水)；用100ml烧杯配好饱和KCl溶液待用。

1.2电导率仪调节：按下绿色按钮后，打开电导率仪开关，将温度补偿旋钮调至25℃，按“测量”档位至“×103”，“调零”旋钮调至“0.000”；按下“校正”键，校对电极常数与电极棒常数(已标在电极棒上)相一致；再按“测量”档位至“×103”。

注意不要碰触蓝色电极棒，以免损坏。

1.3 检查搅拌釜及其控制系统：搅拌马达控制器电源为关闭状态(“0”)，搅拌转速为0(旋钮逆时针旋到头)；关闭各釜下底阀门(注意：左手扶住阀体，右手顺时针方向扳阀柄至水平位。

固定阀柄的螺母松动后，应及时拧紧)。

1.4记录实验室温度和各反应釜的体积(体积已标在相应反应釜上)。

1.5确认离心泵旁路阀已打开，多釜进水阀和流量计阀门已关闭，启动离心泵(按下黄色按钮)。

1.6打开计算机，点击桌面上文件名为“dfc”的实验装置图标进入操作系统界面。

2三釜串联实验2.1向釜内加水：打开多釜进水阀，慢慢打开转子流量计调节阀至20L/hr，向釜内注水至红色刻线。

此期间，当水位没过搅拌桨时，开启搅拌釜上方搅拌马达开关(“1” )，用旋钮缓慢调节马达转速至200rpm。

通过调节搅拌釜左侧π形管高度，控制各釜内的液位至红色刻线。

2.2实验及采集数据：各釜内液位稳定在红色刻线后，调节电导仪调零旋钮至“0.000”，以扣除本底。

点击“实验操作”“参数设定”“采样频率”调为5s“确定”；“实验操作”“多釜实验”；“实验操作”“开始实验”。

点击“结果显示”“曲线图”，待跑线稳定后，用注射器取3ml饱和KCl溶液，赶气泡并用滤纸吸干注射器外面液体后，迅速注入第一釜。

实验二多釜串联反应器中返混状况测定实验目的本实验通过单釜与三釜串联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，从而掌握控制返混。

实验目的为:1）掌握停留时间分布的测定方法。

2）了解停留时间分布于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。

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 t 和停留时间分布函数F t 。

停留时间分布密度函数f 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dNN为f 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f（t）dt=V▪C（t）dt/Q (1)Q=∫VC（t）dt (2)所以f(t)= VC(t)/[∫VC(t)dt]=C(t)/[[∫VC(t)dt](3)由此可见f(t)与示踪剂浓度C(t)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浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即f(t)L(t) ，这里L(t)Lt L ，Lt为t时刻的电导值，L∞为无示踪剂时电导值。