專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)多釜串聯(lián)反應(yīng)器返混的測(cè)定

1、連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中返混的測(cè)定A 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)通過(guò)三釜串聯(lián)反應(yīng)器中停留時(shí)間分布的測(cè)定，將數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果用多釜 吊聯(lián) 模型來(lái)定量返混程度，從而認(rèn)識(shí)限制返混的措施。用脈沖示蹤法測(cè)定停留時(shí)間分布及數(shù)據(jù)處理方法；了解停留時(shí)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(jì)算方法。B 實(shí)驗(yàn)原理在連續(xù)流動(dòng)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(shí)間有長(zhǎng)有短，即形成停留時(shí)間 分布，影響反應(yīng)進(jìn)程和最終結(jié)果。測(cè)定物料的停留時(shí)間分布是描述物料在反應(yīng)器內(nèi) 的流動(dòng)特性和進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容之一。物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間完全是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，須用概率分布

2、方法來(lái)定量描述。所用的概率分布函數(shù)為停留時(shí)間分布密度函數(shù)f(t) 和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t) 。停留時(shí)間分布密度函數(shù)f(t) 的物理意義是：同時(shí)進(jìn)入的 N 個(gè)流體粒子中， 停留時(shí)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(shí)間分布函數(shù) F(t) 的物理意義是：流過(guò)系統(tǒng)的物料中停留時(shí)間小于 t 的物料的分率。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)達(dá) 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(shí)開(kāi)始在出口流體中 檢測(cè)示蹤物料的濃度變化。山停留時(shí)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(jiàn)f與示蹤劑濃度C(t)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KC1作示蹤劑，在反應(yīng)器出口處檢測(cè)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(lái)表達(dá)物料的停留時(shí)間變化關(guān)系，即 f(t)*L(t),這里 L(t戶(hù)Lt-L,Lt為t時(shí)刻的電導(dǎo)值，為無(wú)示蹤劑時(shí)電導(dǎo)值。停留時(shí)間分布密度函數(shù)f在概率論中有兩個(gè)特征值，平均停留時(shí)間 (數(shù)學(xué) 期望)t和方差的表達(dá)式為:采用離散形式表達(dá)，并取相同時(shí)間間隔t的表達(dá)式為：NN幻？ c ( )如= 口i=/=/的表達(dá)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(dá)，并取相同則：立丁 ” iy ”）”*0二W =Z/W餉）工“）=/=/如=cf5 wj: c加若用無(wú)M綱對(duì)比時(shí)間 0來(lái)表達(dá)，即3=t/t在測(cè)定了一個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布后，如何來(lái)評(píng)價(jià)其返混程度，則需要用反應(yīng)器模型來(lái)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(gè)實(shí)際反應(yīng)器中的返混情況作為與若干個(gè)全混釜串聯(lián)時(shí)的返混程度等效。這里的若干個(gè)全混釜個(gè)數(shù)是虛擬值，并不代表反應(yīng)器個(gè) 數(shù)，N稱(chēng)為模型參數(shù)。多釜串聯(lián)模型假定每個(gè)反應(yīng)器為全混釜，反應(yīng)器之間無(wú)返混，每個(gè)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(shí)間分布函數(shù)關(guān)系，并得到

5、無(wú)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(gè)虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。C 預(yù)習(xí)與思考測(cè)定停留時(shí)間分布的方法有哪些?本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用什么作示蹤劑？模型參數(shù)與實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)釜的個(gè)數(shù)有何不同？D 實(shí)驗(yàn)裝置及流程實(shí)驗(yàn)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(gè)釜的體積為1.5L, 實(shí)驗(yàn)時(shí)，水經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)?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(gè)反應(yīng)釜出口處電導(dǎo)電極檢測(cè)示蹤劑濃度變化，并自動(dòng)記錄

6、下來(lái)。圖 1 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混實(shí)驗(yàn)裝置圖1 一清洗水儲(chǔ)罐；2三通閥；3溶液儲(chǔ)槽； 4 一水槽； 5. 浮球閥機(jī)6 水泵； 7 流量計(jì)； 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(dá)E.實(shí)驗(yàn)步驟及方法1、準(zhǔn)備工作將飽和KC1液體注入標(biāo)有KC1的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi)，將水注入標(biāo)有 H20的儲(chǔ)瓶 內(nèi)。 連接好入水管線(xiàn)，打開(kāi)自來(lái)水閥門(mén)，使管路充滿(mǎn)水。 檢查電極導(dǎo)線(xiàn)連接是否正確。2、操作(1)打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)水位控制開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟入水閥門(mén)。當(dāng)水位指示綠燈 亮后，關(guān)小入水閥門(mén)，慢慢打開(kāi)進(jìn)水轉(zhuǎn)子流M計(jì)的閥門(mén)(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(shí)，直至各釜充滿(mǎn)水，并能正常地從最后一級(jí)流出。（ 2 ） 分別開(kāi)啟釜1 、釜 2 、釜 3 攪拌馬達(dá)開(kāi)關(guān)，后再旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)馬達(dá)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(kāi)啟電磁閥開(kāi)關(guān)和電導(dǎo) 儀總開(kāi)關(guān)，再分別開(kāi)啟三個(gè)電導(dǎo)儀開(kāi)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(mǎn)刻度1.0 。至此，調(diào)整完畢，將撥鈕扳至“測(cè)量”位置， 準(zhǔn)備測(cè)量。（電導(dǎo)儀的使用方法見(jiàn)該儀器使用說(shuō)明書(shū)）（ 3 ） 開(kāi)啟計(jì)算機(jī)電源，在桌面上雙擊“多釜返混實(shí)驗(yàn)FH- 3” 圖標(biāo)，在主畫(huà) 面上按下“實(shí)驗(yàn)流程”按鈕，調(diào)節(jié)“示蹤劑量”、“進(jìn)水流量”，使顯示值為實(shí)際 實(shí)驗(yàn)值，在操作員

8、號(hào)框中輸入自己對(duì)應(yīng)號(hào)碼（前三位必須是英文字母或數(shù)字）。（ 4 ） 按下“趨勢(shì)圖”按鈕，調(diào)節(jié)“實(shí)驗(yàn)周期”、“閥開(kāi)時(shí)間”，使顯示值為實(shí)驗(yàn)所需值（推薦實(shí)驗(yàn)周期 30 分鐘，閥開(kāi)時(shí)間 10 秒），按下開(kāi)始按鈕，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。（ 5 ） 待測(cè)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(hào)中的前三位）保存到軟盤(pán)。（ 6 ） 改變水流量、改變攪拌器轉(zhuǎn)速再重新測(cè)定記錄兒次。3、停車(chē)（1）實(shí)驗(yàn)完畢，將實(shí)驗(yàn)相上三通閥轉(zhuǎn)至“H20位置，將程序中“閥開(kāi)時(shí) 間”調(diào)到最大，按“開(kāi)始”按鈕，沖洗電磁閥。反復(fù)多次。關(guān)閉各水

9、閥門(mén)、電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)釜底排水閥，將水排空。退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。F實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到三釜的停留時(shí)間分布曲線(xiàn)，這里的物理M電導(dǎo)值L對(duì)應(yīng)了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法，取相同時(shí)間間隔，一般可取 20個(gè)數(shù) 據(jù)點(diǎn)左右，由公式(4)、(6)分別計(jì)算出各自,及無(wú)因次方差 = CF； /H。通過(guò)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(jī)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(hào)至計(jì)算 機(jī), 山訃算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與分析，在顯示器上畫(huà)出停留時(shí)間分布動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖，并 在實(shí)驗(yàn) 結(jié)束后自動(dòng)計(jì)算平均停留時(shí)間、方差和模型參數(shù)。停留時(shí)間分布曲線(xiàn)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(jì)算的，作G結(jié)果及討論 (1)作出f(t)t曲線(xiàn);計(jì)算平均停留時(shí)間/，并與理論值比較，分析偏差原因。 求方差，說(shuō)明對(duì)平推流和全混流的偏離情況計(jì)算模型參數(shù)N,討論各釜的返混程度大小H主要符號(hào)說(shuō)明C(t) 反應(yīng)器出口示蹤劑濃度；f(t)停留時(shí)間分布密度；F(t) 停留時(shí)間分布函數(shù)；Lt, Lr L(t)液體的電導(dǎo)值；X模型參數(shù)；