7內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器

若將累計(jì)停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)對(duì)時(shí)間t作圖，可得出分布曲線，如圖2所理想活塞流理想混合流 常見一般流動(dòng)理想活塞流理想混合流 常見一般流動(dòng)圖2累計(jì)時(shí)間分布曲線由此可見，用實(shí)驗(yàn)方法可直接得出累計(jì)停留時(shí)間分布曲線。現(xiàn)在要進(jìn)一步推導(dǎo)出理想混合反應(yīng)器的累計(jì)停留時(shí)間分布曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。若流體通過反應(yīng)器屬于理想混合流，則反應(yīng)器內(nèi)各處的濃度必定相等，并且等于出口處物料的濃度。設(shè)：反應(yīng)器自由體積為丫；進(jìn)入設(shè)備的流體體積流量為vs；其中示蹤物的濃度為c0；從加入示蹤物的瞬間算起，經(jīng)過時(shí)間t，出口流體中示蹤物的濃度為C。在dt時(shí)間間隔內(nèi)，示蹤物的摩爾衡算式為VCodt=Vdc+Vcdt (1)將上式整理后，可得deV^dt(2)積分上式：在一定的反應(yīng)器內(nèi)，流體作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，則V和Vs為定值，上式積分后可得Vt=-s—

V

已知流體在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間t=V/Vs，則上式可寫為(5)根據(jù)累計(jì)停留時(shí)間分布函數(shù)的定義，上兩式中無因次的對(duì)比濃度c/c0=F(t)。因此，上式又可必定為如下形式：上列兩式就是理想混合反應(yīng)器的累計(jì)停留時(shí)間分布曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。由此可見用階躍法測(cè)定反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，只要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)表達(dá)由此可見式相吻合。 也就是說1n1-—與t呈現(xiàn)線性關(guān)系，則就證明該反應(yīng)器為理想混合應(yīng)也就是說Ic0 07器，反應(yīng)器的濃度分布達(dá)到無梯狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)中，采用熱導(dǎo)分析儀測(cè)定反應(yīng)出口氣體中示蹤氣體的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。在記錄得到的實(shí)驗(yàn)曲線，如圖3所示，橫坐標(biāo)為時(shí)間t,縱坐標(biāo)為毫伏數(shù)U。,與濃度C0相當(dāng)?shù)淖畲蠛练鼣?shù)為Umax則CU將上述關(guān)系式代入(5)，可得Tn(1-F)二y ⑺現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)曲線的橫坐標(biāo)t，在示蹤氣體加入的某一瞬間的距離t0,與毫伏數(shù)達(dá)量大值時(shí)的距離tmax之間，分成若干等分；再將縱坐標(biāo)在U0與Umax之間，也分成若干等分，則可從圖上取得每個(gè)t值下相應(yīng)的F值F=￡二U。C0Umax將圖解得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以-1n(1-F)對(duì)t作圖。基實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所有各點(diǎn)都落在一條直線上，即-1n(1-F)與t呈現(xiàn)線性關(guān)系，這就證實(shí)在給定的實(shí)驗(yàn)條件下，該反應(yīng)器為理想混合反應(yīng)器，也就是在該反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布達(dá)到了無梯度。相反，若實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所有各點(diǎn)不能完全落在一條直線上，則反應(yīng)器內(nèi)的濃度分布未能達(dá)到無梯度。顯而易見，由-1n(1-F)與t直線的斜率很容易計(jì)算出平均停留時(shí)間干和反應(yīng)器的自由體積v。實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)日期2019年0^月」匕日氣壓758mmHg室溫26℃氣象情況晴（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄）整理實(shí)驗(yàn)步驟如下：1、請(qǐng)將開關(guān)板上按實(shí)驗(yàn)1按扭。2、打開計(jì)算機(jī)，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)1界面。3、請(qǐng)將氮?dú)獯蜷_并調(diào)整L3、L4、L5的流量為50mL/min，保持熱導(dǎo)池有氣體通過而不至于過熱燒斷銖鴇絲。4、打開實(shí)驗(yàn)1時(shí)要求有二十分鐘熱導(dǎo)池預(yù)熱時(shí)間，才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作。5、F3和F4轉(zhuǎn)到向上的位置上，打開N2和CO2氣體鋼瓶，調(diào)節(jié)N2質(zhì)量流量計(jì)的流量為2L/min，CO2質(zhì)量流量計(jì)的流量為0，L2的流量為120L/min，按下混合氣體轉(zhuǎn)換按鈕，調(diào)節(jié)N2質(zhì)量流量計(jì)的流量為1L/min，CO2質(zhì)量流量計(jì)的流量為1L/min，按回混合氣體轉(zhuǎn)換按鈕，對(duì)人口、出口熱導(dǎo)調(diào)零。6、流量計(jì)的流量控制建議不要開得太大，流量大出峰時(shí)間快，實(shí)驗(yàn)在瞬間結(jié)束。7、開動(dòng)釜4攪拌器攪拌，速度控制1000轉(zhuǎn)以下，這個(gè)轉(zhuǎn)速的氣體已經(jīng)有足夠大的循環(huán)量。8、等計(jì)算機(jī)采集到的基線走穩(wěn)后，可按下混合氣體轉(zhuǎn)換按鈕，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)記錄熱導(dǎo)池氣體的峰值、時(shí)間。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后請(qǐng)先關(guān)電源后關(guān)氣體。相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如下：測(cè)定不同氣體流量與不同轉(zhuǎn)速對(duì)停留時(shí)間分布的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可參考下列進(jìn)行記錄。同時(shí)，對(duì)每一條曲線，標(biāo)明相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)序號(hào)，以免混淆。實(shí)驗(yàn)序號(hào)1主氣流氮?dú)饬髁浚╩l/min）1示蹤氣CO2流量（ml/min）1反應(yīng)器攪拌轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/min）500三、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.數(shù)據(jù)處理（包括計(jì)算示例、數(shù)據(jù)圖表）本實(shí)驗(yàn)所采用的方法為利用熱導(dǎo)池對(duì)濃度進(jìn)行測(cè)定，使用計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)。故而，利用作圖法做不同t值下的F值（已知計(jì)算式F=U/Umax）。在此處通過讀圖可取取t19時(shí)的U值作為Umax，用計(jì)算機(jī)作出F=U/Umax值與-lnd-F）值。具體數(shù)值與計(jì)算的結(jié)果如下表所示：計(jì)算示例：以t0時(shí)刻為例，已知此時(shí)出口熱導(dǎo)U=1.5

故可得：F=U/Umax=1.5/36.9=0.04065-ln(1-F)=0.04150根據(jù)以上公式計(jì)算，可作圖，附圖表如下：HH二=<故而可求得：t=1/0.031=32.25sV=32.25X2?60=1.075L計(jì)算過程列表如下：序號(hào)tF--ln[1-F]0:00:00000:00:1000

0:00:2000t00:00:300.040650.0415t10:00:400.2276420.258307t20:00:500.3929540.499151t30:01:000.5176150.729013t40:01:100.6311650.997407t50:01:200.7124661.246415t60:01:300.7802171.515114t70:01:400.8292681.767662t80:01:500.8696482.037514t90:02:000.9021682.324504t100:02:100.9238482.575027t110:02:200.9428182.861524t120:02:300.959353.202746t130:02:400.97293.608212t140:02:500.9834694.102508t150:03:000.989164.524502t160:03:100.9915994.779395t170:03:200.994585.217649t180:03:300.9970195.8154860:03:401#NUM!

0:03:501.00813#NUM!0:04:001.00813#NUM!0:04:101.010569#NUM!0:04:201.010569#NUM!0:04:301.01626#NUM!0:04:401.01355#NUM!0:04:501.010569#NUM!0:05:001.01355#NUM!0:05:101.00813#NUM!0:05:201.01355#NUM!0:05:301.02168#NUM!0:05:401.02168#NUM!0:05:501.018699#NUM!0:06:001.01355#NUM!0:06:101.01355#NUM!0:06:201.005149#NUM!0:06:301.024119#NUM!0:06:401.01626#NUM!0:06:500.989164.5245020:07:001.010569#NUM!0:07:101.018699#NUM!0:07:201.0271#NUM!

0:07:301.01626#NUM!0:07:401.00813#NUM!0:07:501.01626#NUM!0:08:001.02168#NUM!0:08:101.02168#NUM!0:08:201.018699#NUM!0:08:301.01