實驗報告模板(單三釜).doc

沈 陽 化 工 學 院化學工程與工藝專業(yè)實驗 實 驗 報 告班 級同 組 人評 分姓 名實驗日期 指導教師實驗項目連續(xù)流動反應(yīng)器中的返混測定一、實驗目的本實驗通過單釜與三釜反應(yīng)器中停留時間分布的測定，將數(shù)據(jù)計算結(jié)果用多釜串聯(lián)模型來定量返混程度，從而認識限制返混的措施。(1)掌握停留時間分布的測定方法。(2)了解停留時間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系。(3)了解模型參數(shù)n的物理意義及計算方法。二、實驗原理在連續(xù)流動的反應(yīng)器內(nèi)，不同停留時間的物料之間的混合稱為返混。返混程度的大小，一般很難直接測定，通常是利用物料停留時間分布的測定來研究。然而測定不同狀態(tài)的反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布時，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時間分布不存在一一對應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時間分布的實驗測定數(shù)據(jù)直接表示返混程度，而要借助于反應(yīng)器數(shù)學模型來間接表達。物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間完全是一個隨機過程，須用概率分布方法來定量描述。所用的概率分布函數(shù)為停留時間分布密度函數(shù)E(t)和停留時間分布函數(shù)F(t)。停留時間分布密度函數(shù)E(t)的物理意義是：同時進入的N個流體粒子中，停留時間介于t到t+dt間的流體粒子所占的分率dNN為E(t)dt。停留時間分布函數(shù)F(t)的物理意義是：流過系統(tǒng)的物料中停留時間小于t的物料的分率。停留時間分布的測定方法有脈沖法，階躍法等，常用的是脈沖法。當系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的人口處瞬間注入一定量Q的示蹤物料，同時開始在出口流體中檢測示蹤物料的濃度變化。由停留時間分布密度函數(shù)的物理含義，可知 所以 由此可見E(t)與示蹤劑濃度c(t)成正比。因此，本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料，以飽和KCl作示蹤劑，在反應(yīng)器出口處檢測溶液電導值。在一定范圍內(nèi)，KCl濃度與電導值成正比，則可用電導值來表達物料的停留時間變化關(guān)系，即E(t)L(t)，這里L(t)=Lt-L，Lt為t時刻的電導值，L為無示蹤劑時電導值。停留時間分布密度函數(shù)E(t)在概率論中有兩個特征值，平均停留時間(數(shù)學期望)和方差t2。的表達式為： 采用離散形式表達，并取相同時間間隔t，則： t2的表達式為： 也用離散形式表達，并取相同t，則： 若用無量綱對比時間來表示，即=t/，無量綱方差。在測定了一個系統(tǒng)的停留時間分布后，如何來評價其返混程度，則需要用反應(yīng)器模型來描述。這里我們采用的是多釜串聯(lián)模型。所謂多釜串聯(lián)模型是將一個實際反應(yīng)器中的返混情況作為與若干個全混釜串聯(lián)時的返混程度等效。這里的若干個全混釜個數(shù)n是虛擬值，并不代表反應(yīng)器個數(shù)，n稱為模型參數(shù)。多釜串聯(lián)模型假定每個反應(yīng)器為全混釜，反應(yīng)器之間無返混，每個全混釜體積相同，則可以推導得到多釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)關(guān)系，并得到無量綱方差與模型參數(shù)n存在關(guān)系為 當n = 1, = 1，為全混流特征；當n ，0，為平推流特征；這里n是模型參數(shù)，是個虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。三、實驗裝置及流程實驗裝置如圖1所示，由單釜與三釜串聯(lián)二個系統(tǒng)組成。三釜串聯(lián)反應(yīng)器中每個釜的體積為1L，單釜反應(yīng)器體積為3L，用可控硅直流調(diào)速裝置調(diào)速。實驗時，水分別經(jīng)二個轉(zhuǎn)子流量計流入二個系統(tǒng)。穩(wěn)定后在二個系統(tǒng)的入口處分別快速注入示蹤劑，由每個反應(yīng)釜出口處電導電極檢測示蹤劑濃度變化，并由計算機自動記錄下來。 圖1 連續(xù)流動反應(yīng)器返混實驗裝置圖1-全混釜(3L)；2，3，4-全混釜(1L)；5-轉(zhuǎn)子流量計；6電機；7-電導率儀； 8-電導電極； 9-記錄儀； 10-微機四、實驗步驟及方法(1)通水，開啟水開關(guān)，讓水注滿反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)進水流量為20Lh，保持流量穩(wěn)定。(2)通電，開啟電源開關(guān)。開動攪拌裝置，單釜轉(zhuǎn)速約為280rmin，三釜轉(zhuǎn)速約為140rmin。開電導儀并調(diào)整好溫度和初始電導率值，打開微機上的實驗測量軟件，以備測量；(3)待系統(tǒng)穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑35 ml，同時按下微機上對應(yīng)的裝置測量開始按鈕。(4)當微機上顯示實驗結(jié)束時，保存數(shù)據(jù)并打印結(jié)果。(5)關(guān)閉儀器，電源，水源，排清釜中料液，實驗結(jié)束。五、實驗原始數(shù)據(jù)和計算機處理結(jié)果（必須有實驗指導教師的簽名）六、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)微機采集的實驗數(shù)據(jù)，可以得到單釜與三釜的停留時間分布曲線和不同停留時間的電導率值，其中電導值Lt對應(yīng)了示蹤劑濃度的變化。然后用離散化方法，在曲線上取2025個數(shù)據(jù)點左右，再由公式(5)、(7)分別計算出各自和t2，及無因次方差。通過多釜串聯(lián)模型，利用公式(8)求出相應(yīng)的模型參數(shù)n，隨后根據(jù)n的數(shù)值大小，就可確定單釜和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小。實際上微機數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，可直接由電導率儀輸出信號至計算機，由計算機負責數(shù)據(jù)采集與分析，在顯示器上畫出停留時間分布動態(tài)曲線圖，并在實驗結(jié)束后自動計算平均停留時間、方差和模型參數(shù)。上述兩種結(jié)果可以進行比對，找出差異，分析原因。具體的實驗原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理過程如下：1、 單釜實驗表1-1 單釜實驗停留時間分布原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果t (s)L(t) (mv)tL(t)t2 L(t)1232530649713923.3013.0602.8430.13599.030195.840275.771187.9202970.90012533.76026749.787261584.64 計算基準：L1.0610由公式（5）得：10306.873/34.934=295.038 s 其中L（t）Lt- L由公式（7）得：=5446057.829/34.934-295.0382=68848.20542 s2由 =68848.20542/295.0382=0.7909,進而由公式（8）得： =1/0.7909=1.2632、 三釜實驗表1-2 三釜（1釜）實驗停留時間分布原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果t (s)L(t) (mv)tL(t)t2 L(t)1232027538013198.9857.7446.550-0.015242.595410.430524.000-19.2856550.06521752.79041920.000-26096.415由公式（5）得：10667.060/44.817=238.014 s 由公式（7）得：=3498774.952/44.817-238.0142=1417.510 s2由=68848.20542/295.0382=0.7909,進而由公式（8）得： =1/0.7909=1.263 其它兩釜的實驗數(shù)據(jù)表、計算方法、結(jié)果略。七、實驗結(jié)果與討論1、 從單釜和三釜的實驗數(shù)據(jù)處理的結(jié)果與計算機分析結(jié)果比較，平均停留時間和，n有較大偏差，可能的原因是由于利用數(shù)據(jù)采集的各點，其時間間隔是不相等的，采取離散求和的方式計算，結(jié)果較計算機分析處理的結(jié)果差距較大。2、 連續(xù)流動系統(tǒng)中的水可能含有一些金屬離子、陰離子等雜質(zhì)，影響電導值的測定，所以實際計算的結(jié)果與理想流動模型的參數(shù)之間有一定的差距。3、由單釜和三釜計算得出的模型參數(shù)n，可以了結(jié)到隨串聯(lián)釜數(shù)的增加，模型參數(shù)逐釜增加，返混程度則逐漸變小，串聯(lián)釜數(shù)越多，其流動效果越接近平推流模型，返混程度越小。4、綜上，可以采用多釜串聯(lián)的方法限制返混