實(shí)驗(yàn)填充管式反應(yīng)器液體停留時(shí)間分布及其流動(dòng)模型參數(shù)的測定

1、合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系26實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一填充管式反應(yīng)器填充管式反應(yīng)器液體停留時(shí)間分布及其流動(dòng)模型參數(shù)的測定液體停留時(shí)間分布及其流動(dòng)模型參數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康漠?dāng)流體(氣體或液體)流經(jīng)填充層進(jìn)行均相反應(yīng)，或者流體通過固體顆粒層(固定床)進(jìn)行非均相反應(yīng)或非均相催化反應(yīng)時(shí)，由于各種原因造成流體質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間不一，形成不同的停留時(shí)間分布。不同的停留時(shí)間分布直接影響反應(yīng)結(jié)果，如反應(yīng)的最終轉(zhuǎn)化不同。填充管式

2、反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器均可視為連續(xù)流動(dòng)的管式反應(yīng)器，其理想流動(dòng)模型為活塞流模型。這類反應(yīng)器的理想流動(dòng)模型能夠的檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)理想流動(dòng)的邊值操作條件的確定，以及非理想流動(dòng)反應(yīng)器的流動(dòng)模型和模型參數(shù)的確定，都應(yīng)先通過實(shí)驗(yàn)測定流體流經(jīng)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布。停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測定方法通常用兩種方法：脈沖激發(fā)——響應(yīng)法和階躍激發(fā)——響應(yīng)法。本實(shí)驗(yàn)以水為主體流體，以氯化鉀飽和溶液為示蹤劑，采用脈沖輸入的方法測定流體流經(jīng)填充層或固定床層的停留時(shí)間分布。這種

3、方法不僅用于檢驗(yàn)或確定填充管式均相反應(yīng)器和固定床均相反應(yīng)器的流動(dòng)模型，也適用于填料塔等傳質(zhì)設(shè)備。通過本實(shí)驗(yàn)掌握一種測定停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，同時(shí)初步掌握對(duì)流體流經(jīng)固體顆粒層這類是設(shè)備的流動(dòng)模型檢驗(yàn)和模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定方法。毫無疑問。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)于數(shù)學(xué)模型方法和流動(dòng)模型等方面的有關(guān)概念，原理和方法會(huì)有更深入的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理采用脈沖激發(fā)——響應(yīng)法測定停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)方法，是當(dāng)主流流體以恒定的體積流率流經(jīng)具有一定堆積的填充層

4、時(shí)，在反應(yīng)器如口出瞬時(shí)脈沖注入一定量的示蹤劑，與此同時(shí)在反應(yīng)器出口處檢測示蹤物濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線，即曲線，并可轉(zhuǎn)化為停留時(shí)ttc?)(間分布密度與時(shí)間的關(guān)系曲線，即曲線。ttE?)(由停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)曲線可以定性地診斷流體流經(jīng)反應(yīng)器的流動(dòng)狀況。停留時(shí)間分布屬于隨機(jī)變量的分布，概率上還可以定量地用數(shù)字特征加以描述，表征這種隨機(jī)分布的數(shù)字特征主要是數(shù)學(xué)期望和方差。(1)停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)期望，停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)期望，t?隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望

5、也就是該變量的平均數(shù)。流體流經(jīng)反應(yīng)器停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)期望也就是停留時(shí)間的平均值。停留時(shí)間分布數(shù)學(xué)期望的定義式為(1)?????00)()(dttEdtttEt?合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系28（6）?????niiniiitUtUtt11)()(?如果流體流經(jīng)反應(yīng)器無密度變化，即流經(jīng)反應(yīng)器體積流率為一定值，且SV0.SSVV?，反應(yīng)器進(jìn)出口又無返混，則平均停留時(shí)間可按下式計(jì)算t（7）0.0SCSVVVVt???式中

6、——流體流經(jīng)反應(yīng)器的流通體積，亦即固體顆粒填充層內(nèi)的自由體積；0V——固體顆粒填充層的空隙率；?——固體顆粒填充層的堆積體積。CV（2）停留時(shí)間分布的方差）停留時(shí)間分布的方差，2t?停留時(shí)間分布的數(shù)學(xué)期望只表征停留時(shí)間分布的中心，但不能反映停留時(shí)間分布的離散程度，而反應(yīng)器內(nèi)物料停留時(shí)間分布的離散程度正是反映物料在反應(yīng)器內(nèi)的返混程度。因此，停留時(shí)間分布的離散程度，統(tǒng)計(jì)學(xué)上用另一個(gè)特征數(shù)——方差來表征。停留時(shí)間分布方差的定義式為=（8）2t