專業(yè)實驗多釜串聯(lián)反應(yīng)器返混的測定

1、連續(xù)流動反應(yīng)器中返混的測定A 實驗?zāi)康谋緦嶒炌ㄟ^三釜串聯(lián)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 吊聯(lián) 模型來定量返混程度，從而認識限制返混的措施。用脈沖示蹤法測定停留時間分布及數(shù)據(jù)處理方法；了解停留時間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系；了解模型參數(shù)N 的物理意義及計算方法。B 實驗原理在連續(xù)流動反應(yīng)器中，山于反應(yīng)物料的返混以及在反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)的層流，死角，短路等現(xiàn)象，使得反應(yīng)物料在反應(yīng)器中的停留時間有長有短，即形成停留時間 分布，影響反應(yīng)進程和最終結(jié)果。測定物料的停留時間分布是描述物料在反應(yīng)器內(nèi) 的流動特性和進行反應(yīng)器設(shè)計計算的內(nèi)容之一。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

2、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)f(t) 和停留時間分布函數(shù)F(t) 。停留時間分布密度函數(shù)f(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+At 間的流體粒子所占的分率dN/N 為 f(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。山停留時間分布密度函數(shù)的物理含義，可知Q = VAC (t)dt/，心上0_=-(3)

3、八 W 叮 J ; c(rU山此可見f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KC1作示蹤劑，在反應(yīng)器出口處檢測溶液電導(dǎo)值。在一定范圍內(nèi)，KC1濃度與電導(dǎo)值成正比，則可用電導(dǎo)值來表達物料的停留時間變化關(guān)系，即 f(t)*L(t),這里 L(t戶Lt-L,Lt為t時刻的電導(dǎo)值，為無示蹤劑時電導(dǎo)值。停留時間分布密度函數(shù)f在概率論中有兩個特征值，平均停留時間 (數(shù)學(xué) 期望)t和方差的表達式為:采用離散形式表達，并取相同時間間隔t的表達式為：NN幻？ c ( )如= 口i=/=/的表達式為: TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o C

4、urrent Document ;1丁 ：（丁若用離散形式表達，并取相同則：立丁 ” iy ”）”*0二W =Z/W餉）工“）=/=/如=cf5 wj: c加若用無M綱對比時間 0來表達，即3=t/t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吊聯(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)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(dǎo)得到多釜吊聯(lián)反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)關(guān)系，并得到

5、無M綱方差與模型參數(shù)N存在關(guān)系為N =牙!（盯cr er fCT2 T /,為全混釜特征；CF, 為平推流特征；N-8,這里 N 是模型參數(shù)，是個虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。C 預(yù)習與思考測定停留時間分布的方法有哪些?本實驗采用哪種方法？何謂返混 ?返混的起因是什么？限制返混的措施有哪些？何謂示蹤劑 ?有何要求?本實驗用什么作示蹤劑？模型參數(shù)與實驗中反應(yīng)釜的個數(shù)有何不同？D 實驗裝置及流程實驗裝置如圖 1 所示，山三釜串聯(lián)系統(tǒng)組成。三釜串聯(lián)反應(yīng)器中每個釜的體積為1.5L, 實驗時，水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計?流入系統(tǒng)。穩(wěn)定后在系統(tǒng)的入口處快速注入示蹤劑，山每個反應(yīng)釜出口處電導(dǎo)電極檢測示蹤劑濃度變化，并自動記錄

6、下來。圖 1 連續(xù)流動反應(yīng)器返混實驗裝置圖1 一清洗水儲罐；2三通閥；3溶液儲槽； 4 一水槽； 5. 浮球閥機6 水泵； 7 流量計； 8 三通： 9 一電導(dǎo)電極； 10 釜； 11 一螺旋漿攪拌器； 12排放閥； 13攪拌馬達E.實驗步驟及方法1、準備工作將飽和KC1液體注入標有KC1的儲瓶內(nèi)，將水注入標有 H20的儲瓶 內(nèi)。 連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。 檢查電極導(dǎo)線連接是否正確。2、操作(1)打開總電源開關(guān)，打開水位控制開關(guān)，開啟入水閥門。當水位指示綠燈 亮后，關(guān)小入水閥門，慢慢打開進水轉(zhuǎn)子流M計的閥門(注意！初次通水必須排凈路中的所有氣泡，特別是死角處）。調(diào)節(jié)水流量

7、維持在 35 升/ 時，直至各釜充滿水，并能正常地從最后一級流出。（ 2 ） 分別開啟釜1 、釜 2 、釜 3 攪拌馬達開關(guān)，后再旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)馬達轉(zhuǎn)速的旋鈕，使三釜攪拌程度大致相同（電流表指示在 20V 左右）。開啟電磁閥開關(guān)和電導(dǎo) 儀總開關(guān)，再分別開啟三個電導(dǎo)儀開關(guān)，將撥鈕扳至“校正”位置，調(diào)節(jié)下方電位器使電導(dǎo)儀表針指示為滿刻度1.0 。至此，調(diào)整完畢，將撥鈕扳至“測量”位置， 準備測量。（電導(dǎo)儀的使用方法見該儀器使用說明書）（ 3 ） 開啟計算機電源，在桌面上雙擊“多釜返混實驗FH- 3” 圖標，在主畫 面上按下“實驗流程”按鈕，調(diào)節(jié)“示蹤劑量”、“進水流量”，使顯示值為實際 實驗值，在操作員

8、號框中輸入自己對應(yīng)號碼（前三位必須是英文字母或數(shù)字）。（ 4 ） 按下“趨勢圖”按鈕，調(diào)節(jié)“實驗周期”、“閥開時間”，使顯示值為實驗所需值（推薦實驗周期 30 分鐘，閥開時間 10 秒），按下開始按鈕，開始采集數(shù)據(jù)。（ 5 ） 待測試結(jié)束，按下“結(jié)束”按鈕后，按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕，待按鈕抬起后，將該數(shù)據(jù)文件（路徑為D: /FH-3/DATA/*. XXX, 其中“XXX為操作員號中的前三位）保存到軟盤。（ 6 ） 改變水流量、改變攪拌器轉(zhuǎn)速再重新測定記錄兒次。3、停車（1）實驗完畢，將實驗相上三通閥轉(zhuǎn)至“H20位置，將程序中“閥開時 間”調(diào)到最大，按“開始”按鈕，沖洗電磁閥。反復(fù)多次。關(guān)閉各水

9、閥門、電源開關(guān)，打開釜底排水閥，將水排空。退出實驗程序，關(guān)閉計算機。F實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)實驗結(jié)果，可以得到三釜的停留時間分布曲線，這里的物理M電導(dǎo)值L對應(yīng)了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法，取相同時間間隔，一般可取 20個數(shù) 據(jù)點左右，由公式(4)、(6)分別計算出各自,及無因次方差 = CF； /H。通過多釜串聯(lián)模型，利用公式 求出相應(yīng)的模型參數(shù)隨后根據(jù) m的數(shù)值大 小，就可 確定三釜系統(tǒng)的返混程度大小。若采用微機數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，則可宜接由電導(dǎo)率儀輸出信號至計算 機, 山訃算機負責數(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)。停留時間分布曲線圖與相 應(yīng)數(shù)據(jù)均 可方便地保存或打印輸出，減少了手，計算的，作G結(jié)果及討論 (1)作出f(t)t曲線;計算平均停留時間/，并與理論值比較，分析偏差原因。 求方差，說明對平推流和全混流的偏離情況計算模型參數(shù)N,討論各釜的返混程度大小H主要符號說明C(t) 反應(yīng)器出口示蹤劑濃度；f(t)停留時間分布密度；F(t) 停留時間分布函數(shù)；Lt, Lr L(t)液體的電導(dǎo)值；X模型參數(shù)；