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化学反应工程实验指导书

孟锦宏 高景龙 王娉

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沈阳理工大学 环境与化学工程学院 化学工程与工艺教研室

2007-11-6

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实验一 串联流动反应器停留时间分布的测定

在连续流动反应器中进行化学反应时，反应进行的程度除了与反应系统本身的性质有关以外，还与反应物料在反应器内停留时间长短有密切关系。停留时间越长，则反应越完全。停留时间通常是指从流体进入反应器时开始，到其离开反应器为止的这一段时间。显然流动反应器的停留时间与间歇反应器不同，而是存在着一个停留时间分布。造成这一现象的主要原因是流体在反应器内流速分布的不均匀，流体的扩散，以及反应器内的死区等。

停留时间分布的测定不仅广泛应用于化学反应工程及化工分离过程，而且应用于涉及流动过程的其它领域。它也是反应器设计和实际操作所必不可少的理论依据。

一．实验目的

1.通过实验了解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。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1-1形象地描述。

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

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图1-1 脉冲法测停留时间