連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告連續(xù)流動(dòng)反響器中的返混測(cè)定一、目的及任務(wù)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解全混釜和多釜串聯(lián)反響器的返混特性；2.掌握利用電導(dǎo)率測(cè)定停留時(shí)間分布的根本原理和實(shí)驗(yàn)方法；3.了解停留時(shí)間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系；4.了解模型參數(shù)n的物理意義及計(jì)算方法。2、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.用脈沖示蹤法測(cè)定單反響釜停留時(shí)間分布，確定返混程度；2.用脈沖示蹤法測(cè)定三反響釜串聯(lián)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布，確定返混程度；二、根本原理在連續(xù)流動(dòng)的釜式反響器內(nèi)，劇烈的攪拌使得反響器內(nèi)物料發(fā)生混合，反響器出口處的物料會(huì)返回流動(dòng)與進(jìn)口處物料混合，形成空間上的返混；為限制空間返混的發(fā)生程度，通常從幾何空間上將一個(gè)反響釜分成多個(gè)反響釜，可以使返混程度降低。在連續(xù)流動(dòng)的釜式反響器內(nèi)，不同停留時(shí)間的物料之間的混合形成時(shí)間上的返混。返混程度的大小，一般很難直接測(cè)定，通常是利用物料停留時(shí)間分布的測(cè)定來研究。然而測(cè)定不同狀態(tài)的反響器內(nèi)停留時(shí)間分布時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時(shí)間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時(shí)間分布不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)直接表示返混程度，而要借助于反響器數(shù)學(xué)模型來間接表達(dá)。停留時(shí)間分布的測(cè)定方法有脈沖法，階躍法等，常用的是脈沖法。當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量Q的示蹤物料，同時(shí)開始在出口流體中檢測(cè)示蹤物料的濃度變化。由停留時(shí)間分布密度函數(shù)的物理含義及物料衡算，可知(1)示蹤劑參加量符合(2)由〔1〕與〔2〕可得停留時(shí)間分布密度函數(shù)(3)由此可見與示蹤劑濃度成正比。因此，本實(shí)驗(yàn)中用水作為連續(xù)流動(dòng)的物料，以飽和KCl作示蹤劑，在反響器出口處檢測(cè)溶液電導(dǎo)值。在一定范圍內(nèi)，KCl濃度與電導(dǎo)值L成正比，那么可用電導(dǎo)值來表達(dá)物料的停留時(shí)間變化關(guān)系，即，這里，為t時(shí)刻的電導(dǎo)值，為無示蹤劑時(shí)電導(dǎo)值。停留時(shí)間分布密度函數(shù)在概率論中有二個(gè)特征值，即平均停留時(shí)間〔數(shù)學(xué)期望〕和方差。與的表達(dá)式為：(4)〔5〕采用離散形式表達(dá)，并取相同時(shí)間間隔那么：(6)〔7〕假設(shè)用無因次比照時(shí)間來表示，即，無因次方差。在測(cè)定了一個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布后，如何來評(píng)介其返混程度，那么需要用反響器模型來描述，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(gè)實(shí)際反響器中的返混情況作為與假設(shè)干個(gè)全混釜串聯(lián)時(shí)的返混程度等效。這里的假設(shè)干個(gè)全混釜個(gè)數(shù)n是虛擬值，并不代表反響器個(gè)數(shù)，n稱為模型參數(shù)。多釜串聯(lián)模型假定每個(gè)反響器為全混釜，反響器之間無返混，每個(gè)全混釜體積相同，那么可以推導(dǎo)得到多釜串聯(lián)反響器的停留時(shí)間分布函數(shù)關(guān)系，并得到無因次方差與模型參數(shù)n存在關(guān)系為〔8〕當(dāng)，，為全混釜特征；當(dāng)，，為平推流特征；這里n是模型參數(shù)，是個(gè)虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。三、裝置和流程1、實(shí)驗(yàn)裝置顯示開關(guān)電源開關(guān)電導(dǎo)率顯示屏攪拌器速率旋鈕及速率指示示蹤劑注入口流量調(diào)節(jié)旋鈕鈕及流量指示示蹤劑注入口顯示開關(guān)電源開關(guān)電導(dǎo)率顯示屏攪拌器速率旋鈕及速率指示示蹤劑注入口流量調(diào)節(jié)旋鈕鈕及流量指示示蹤劑注入口2、裝置流程四、操作要點(diǎn)1、準(zhǔn)備工作1.示蹤劑飽和氯化鉀溶液400ml以上〔瓶裝〕；2.500ml燒杯2個(gè)，將瓶中飽和氯化鉀上清液小心倒入燒杯中約200ml〔半杯〕，盡量防止倒入氯化鉀結(jié)晶；3.5ml注射器4只，兩用兩備，7號(hào)注射器針頭4只，兩用兩備；4.熟悉流量計(jì)與流量控制，攪拌器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)操作；5.熟悉注射器進(jìn)樣操作，使用清水模擬操作；“單釜〞與“三釜〞計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作，演練“開始—結(jié)束—保存—打印〞。2、實(shí)驗(yàn)步驟1.通水，開啟水開關(guān)，讓水注滿反響釜，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量為15L/H，保持流量穩(wěn)定。2.通電，開啟電源開關(guān)?！?〕翻開計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)定參數(shù)值，通過點(diǎn)擊圖形區(qū)域，可進(jìn)行“單釜〞與“三釜〞顯示頁(yè)面的切換；〔2〕開電導(dǎo)儀，調(diào)整好，以備測(cè)量；〔3〕開動(dòng)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了混合狀態(tài)，單釜轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在150r/min左右，三釜轉(zhuǎn)速應(yīng)大于300r/min左右。3.待系統(tǒng)流量穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑KCl飽和溶液，同時(shí)按計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的“開始〞鍵，記錄電導(dǎo)率隨時(shí)間變化軌跡；4.當(dāng)計(jì)算機(jī)畫面顯示的電導(dǎo)率值在2min內(nèi)覺察不到變化時(shí)，即認(rèn)為終點(diǎn)己到，按“結(jié)束〞鍵，同時(shí)保存并打印結(jié)果。5.關(guān)閉儀器，電源，水源，排清釜中料液，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。3、考前須知1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，要注意控制流量穩(wěn)定；2.示蹤劑飽和KCl溶液需一次迅速注入〔例如1-3秒之內(nèi)〕；3.用注射器抽取飽和KCl溶液時(shí)，注意不要抽到底層KCl結(jié)晶，以免堵塞針頭；如果針頭堵塞，切勿強(qiáng)推注入，而應(yīng)拔出重做；4.一旦失誤，應(yīng)該等示蹤劑出峰全部走平后重做，或在老師指導(dǎo)下，把水全部排放后置換清水重做。五、數(shù)據(jù)處理1、單釜反響器根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算根據(jù)推倒可知分布函數(shù)為那么平均停留時(shí)間表達(dá)式為其中L(t)=Lt-L0t=27s時(shí)Lt=5.029，L0那么L(27s)=Lt-L0同理求得其他時(shí)間的L(t)，列于表中同理求得其他時(shí)間的t*L(t)值，列于表中t2同理求得其他時(shí)間t2*L(t)的值，列于表中經(jīng)處理求和得到因此，平均停留時(shí)間方差無因次方差因此模型參數(shù)根據(jù)以上計(jì)算得到數(shù)據(jù)結(jié)果匯總表如下單釜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果匯總表1272543801942441075134616071878214924010267112941232013347143741540116483175661864819731208132189622978231061241143251226261308271391281473291556301638和值停留時(shí)間324s方差46951模型參數(shù)比照計(jì)算結(jié)果，計(jì)算機(jī)處理停留時(shí)間比計(jì)算結(jié)果時(shí)間長(zhǎng)，可能是由于計(jì)算基準(zhǔn)的選擇不同，造成不同的計(jì)算結(jié)果。同時(shí)在時(shí)間點(diǎn)的選取上也可能造成誤差，如時(shí)間間隔的選取不同，可能造成計(jì)算上的誤差。2、三釜串聯(lián)反響器根據(jù)相同計(jì)算方法，得到各反響釜測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到下面結(jié)果〔1〕三釜串聯(lián)第一釜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果攪拌機(jī)速率：303.1計(jì)算基準(zhǔn)：1.485序號(hào)T(s)V(mv)L(t)t*L(t)t*t*L(t)1262533804106513361603387847186821392401026611293123203942413346143731540086344001648017560188161864019720208004480218802296023104024112025120028802612800002713602814402073629152030160056320和值停留時(shí)間：126s方差：15152無因次方差：0.955模型參數(shù)：1.046〔2〕三釜串聯(lián)第二釜處理結(jié)果序號(hào)T(s)V(mv)L(t)t*L(t)t*t*L(t)1262533804106513361607186821392401026611293123201334614373154002126401648017560217952186401972020800160128000218801109680022960231040241120251200100802612802713609248281440291520301600-2560和值〔3〕三釜串聯(lián)第三釜處理結(jié)果序號(hào)T(s)V(mv)L(t)t*L(t)t*t*L(t)1262533804106513361607186821392401026611293123201334614373154002126401648017560217952186401972020800160128000218801109680022960231040241120251200100802612802713609248281440291520301600-2560和值3、結(jié)果分析根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果有：停留時(shí)間方差無因次方差模型參數(shù)單釜反響器46951釜一15152釜二18583釜三26101從上表分析可知，在三釜串聯(lián)反響器中的停留時(shí)間比在單釜中的停留時(shí)間長(zhǎng)，隨著串聯(lián)級(jí)數(shù)的增加，反響器越接近于平推流反響器。從單釜反響器和三釜串聯(lián)第一釜的模型參數(shù)可知，反響器體積減小，攪拌速率提高，增加物料的混合程度，反響器內(nèi)物料狀態(tài)越接近于全混流反響器。六、思考題何謂返混？返混的起因是什么