基于rd曲線的多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)分析

基于rd曲線的多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)分析

1多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)模式研究中間包內(nèi)的流暢流行為是中間包金銀的基礎(chǔ)。利用行程分布曲線（rtd曲線）分析中間包內(nèi)的流暢流模型是中包物理模擬的重要分析方法。中包內(nèi)流的流動(dòng)模型通常用于分析中間包內(nèi)的流量分布，以獲得中間包內(nèi)的活流、混合流和死區(qū)的體積分?jǐn)?shù)。這是優(yōu)化中間包內(nèi)流裝置的重要依據(jù)。研究多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)特征時(shí),大多數(shù)研究者運(yùn)用單流中間包內(nèi)流體特征分析模型,分析中間包內(nèi)各流的RTD曲線,得到各流的平均停留時(shí)間和流動(dòng)模式,從每一流的角度來分析整個(gè)多流中間包內(nèi)的流體流動(dòng)特征.受幾何形狀和操作參數(shù)的影響,多流中間包各流流動(dòng)并不均衡.所以各流的流動(dòng)特征不能準(zhǔn)確地反映多流中間包整體的流動(dòng)模式.王建軍等把各流的響應(yīng)曲線綜合到一個(gè)關(guān)系式中來計(jì)算中間包內(nèi)流體的流動(dòng)模式,但沒有考慮死區(qū)是緩慢流動(dòng)的實(shí)際情況.鄭淑國(guó)等將多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)模式的體積分?jǐn)?shù)認(rèn)為是各流相關(guān)參數(shù)的平均值,忽略了各流之間的相互影響.針對(duì)這些情況,本工作根據(jù)冶金反應(yīng)工程學(xué)理論,提出了聯(lián)合RTD曲線的概念,推導(dǎo)了分析多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)模式的新方法.該分析方法不僅避免了用各流的流動(dòng)狀況描述整個(gè)多流中間包內(nèi)流動(dòng)特征,而且考慮死區(qū)流動(dòng)的實(shí)際情況,用修正組合模型分析流動(dòng)模式.此外,還從整體上對(duì)多流中間包平均停留時(shí)間作出新的解釋.2聯(lián)合rtd曲線停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)的定義為出口流體中,停留時(shí)間滿足t1<t<t2的流體所占的分率.或者說,E(t)dt是同一時(shí)刻進(jìn)入反應(yīng)器的流體總量中,停留時(shí)間為t到t+dt的那部分流體所占分率.對(duì)于多流中間包此時(shí)的E(t)曲線綜合考慮了各個(gè)出口示蹤劑的停留時(shí)間情況,將其定義為聯(lián)合RTD曲線.已知理論平均停留時(shí)間τ=VR/Q,無(wú)因次時(shí)間θ=t/τ,則無(wú)因次化的E曲線為根據(jù)Sahai等提出的修正組合模型,停留時(shí)間超過2τ的流體是進(jìn)入死區(qū)的,死區(qū)內(nèi)流體流量Qd≠0,Q-Qa+Qd,則式中E為聯(lián)合RTD曲線.3.流體整體停留時(shí)間對(duì)于連續(xù)變量系統(tǒng),平均停留時(shí)間定義為對(duì)于多流中間包,其中的E(t)為聯(lián)合RTD曲線,將式(2)代入式(11)得流體整體停留時(shí)間設(shè)從各流流出的示蹤劑在中間包內(nèi)的停留時(shí)間分布函數(shù)為則從各流流出的示蹤劑在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間為則由式(15),多流中間包內(nèi)流體整體平均停留時(shí)間可以理解為各流流出流體平均停留時(shí)間的加權(quán)平均和,權(quán)重為各流流出示蹤劑的量占示蹤劑總量的分率.4模擬實(shí)驗(yàn)4.1rtd、溫度采集系統(tǒng)通過物理模擬實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化某廠六流中間包內(nèi)的控流裝置安裝方式.根據(jù)Fr相等,建立與原型幾何相似比為1:4的物理模型裝置,如圖1所示,從左到右各出口依次為1流至6流.中間包模型用有機(jī)玻璃制成,水為?；橘|(zhì).其中,RTD系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡812pg和電導(dǎo)儀組成,溫度采集系統(tǒng)由熱電偶、巡檢儀及重慶大學(xué)研發(fā)的DASW采集軟件組成.4.2中間包液位的測(cè)量實(shí)驗(yàn)在拉速為0.8m/min的條件下進(jìn)行,根據(jù)相似比計(jì)算得到模型總流量0.960m3/h,各流流量為160L/h,模型中間包的工作液位為250mm,長(zhǎng)水口插入深度為30mm.實(shí)驗(yàn)過程中,在保持進(jìn)出口流量和中間包液位穩(wěn)定的情況下,隨大包注流瞬時(shí)加入一定濃度的食鹽水溶液,在對(duì)稱的3個(gè)出口處,用電導(dǎo)電極測(cè)定水溶液電導(dǎo)率的變化,并用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù),測(cè)得的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化曲線.4.3包內(nèi)流體停留時(shí)間分布在中間包內(nèi)設(shè)置5種控流裝置方案.以方案2的控流裝置為例,測(cè)得的中間包內(nèi)流體流動(dòng)的濃度曲線如圖2所示,中間包內(nèi)流體停留時(shí)間分布的聯(lián)合RTD曲線如圖3所示.根據(jù)式(5)可以計(jì)算出中間包內(nèi)Qa/Q為0.8,因此Qd/Q為0.2.根據(jù)式(8),(9)和(10),可以計(jì)算出中間包內(nèi)流體流動(dòng)的模式,死區(qū)、活塞流和全混流的體積分率分別為0.45,0.22和0.33.根據(jù)式(15)可以計(jì)算出流體在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間為327s.5考慮死區(qū)流體流動(dòng)的影響應(yīng)用聯(lián)合RTD曲線常用的分析方法,得到不同控流方案時(shí)中間包內(nèi)流體流動(dòng)模式,如表1所示.由表1可知,采用該方法計(jì)算所得中間包內(nèi)平均停留時(shí)間與用求平均方法獲得的平均停留時(shí)間誤差在3%內(nèi).而在計(jì)算中間包內(nèi)死區(qū)時(shí),不考慮死區(qū)流體的流動(dòng)將會(huì)使計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大偏差.當(dāng)Qd/Q增大到0.29時(shí),死區(qū)的計(jì)算誤差可以達(dá)到45%.從表1和式(8)可知,當(dāng)Qd/Q的值逐漸變大時(shí),也就是說,死區(qū)內(nèi)緩慢流動(dòng)的流體流量增大時(shí),兩種模型計(jì)算的差距越來越大.由于死區(qū)內(nèi)的流體與中間包內(nèi)的活性流體進(jìn)行緩慢的相互交換,運(yùn)用聯(lián)合RTD曲線分析計(jì)算多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)模式,能夠更真實(shí)地反映中間包內(nèi)實(shí)際流動(dòng)狀況,為優(yōu)化多流中間包內(nèi)控流裝置提供更可靠的理論依據(jù).6流體整體停留時(shí)間計(jì)算方法(1)多流中間包內(nèi)流體的停留時(shí)間分布可用聯(lián)合RTD曲線進(jìn)行描述,將其運(yùn)用到修正組合模型,形成了多流中間包內(nèi)流體流動(dòng)的聯(lián)合RTD曲線分析方法.(2)多流中間包內(nèi)流體整體停留時(shí)間可以理解為從各流流出流體平均停留時(shí)間的加權(quán)平均和,權(quán)重為各流流出示蹤劑