11 流化床停留時間分布測定2012

流化床停留時間分布測定實驗實驗?zāi)康牧私鉁y量停留時間分布的意義熟悉測量停留時間的方法了解平均停留時間方差以及Pe值的計算實驗原理一、研究停留時間分布的意義在實際連續(xù)流動的均相反應(yīng)器內(nèi)，流體微元的流動存在短路、死區(qū)、渦流等非理想流動因素，使流體流動狀況偏離平推流和全混流兩種理想流動。不同停留時間的流體微元之間的混合稱之為返混，返混程度的大小影響到反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果。描述非理想流動返混程度的參數(shù)是方差?？梢杂妹}沖示蹤法、階躍示蹤法等停留時間分布測定方法，通過實驗數(shù)據(jù)整理獲得。常用的兩種非理想流動模型是:多釜串聯(lián)模型和軸向擴散模型，其模型參數(shù)分別是串聯(lián)釜數(shù)N和畢克萊準(zhǔn)數(shù)Pe。研究停留時間分布的基本出發(fā)點是：無須知道反應(yīng)器內(nèi)流場的細(xì)節(jié)，只要知道每個粒子在反應(yīng)器中停留的時間，即知道停留時間的分布，就可以確定反應(yīng)程度及反應(yīng)器的生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、收率等參數(shù)。單位時間流出的壽命在t到t+dt單位時間流出的壽命在t到t+dt之間的粒子數(shù)E(t)dt=單位時間進(jìn)入反應(yīng)器的流體粒子總數(shù)E(t)按定義滿足歸一化條件，即j^E(t)dt=10二、停留時間分布的實驗測定實驗主要是應(yīng)用響應(yīng)技術(shù)測定。在反應(yīng)器的入口注入示蹤劑，在反應(yīng)器的出口或其他地點檢測示蹤劑的響應(yīng)，分析測量數(shù)據(jù)，就可以定性或定量地確定示蹤劑所代表的反應(yīng)物在反應(yīng)器中停留時間的分布。示蹤劑的檢測方式可靈活選擇，如測定示蹤物電導(dǎo)率、各種光學(xué)方法、化學(xué)分析法等都可以采用。對示蹤劑的要求：1物性與被示蹤的流體相似；2易檢測，精確度好；3加入量小，不干擾反應(yīng)器中的流體流動；4示蹤劑不反應(yīng)，不吸附，不消耗。注入和檢出的位置：注入可以在反應(yīng)器的入口，或者在流體流動路徑上的某一點。示蹤劑濃度檢測可以在出口、反應(yīng)器內(nèi)部示蹤劑注入點的上游或下游。在不同的兩點同時檢測，可以提高停留時間分布測量的精度。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)返混程度較大時，檢測點可以選擇在注入點上游。示蹤劑注入的方式有階躍法、脈沖法和周期擾動法等。理想的脈沖可用^函數(shù)表示，其定義為r,,8,t=t5(t_t)=v0"0且滿足

j%(t-t0)dt=1理想脈沖的物理意義是示蹤劑粒子一次同時注入，因此瞬間濃度無窮大，于是留在反應(yīng)器內(nèi)的粒子有相同的年齡。出口檢測出的示蹤劑總量應(yīng)與示蹤物脈沖的總量相同VC0相同，若反應(yīng)器入口的體積流率為《，則j^Fc(t)dt=Vc000c曲線c(t)，與停留時間分布的關(guān)系是(1)E(t)=F(1)在數(shù)理統(tǒng)計學(xué)中，用來描述粒子停留時間分布特性的隨機變量的數(shù)字特征主要有均值(即平均停留時間)tm和方差q。平均停留時間的定義是jxtE(t)dtTOC\o"1-5"\h\zt=-jo=jwtE(t)dt(2)o方差代表停留時間分散的程度，其定義是：Q2=j-(t-1)2E(t)=jM12E(t)dt-12(3)0m0m三、軸向擴散模型和Pe值的計算軸向擴散模型是描述非理想流動的模型，是在活塞流模型的基礎(chǔ)上疊加一個軸向擴散項，表示反應(yīng)器中分子擴散、湍流混合、流速分布、幾何因素等的綜合影響。一維軸向擴散模型方程82c6c_dc標(biāo)—U瓦—瓦用C=c/c，Z=z/L和0=tu/L無因次化后182C8C_8C—Pe8Z28Z80式中Pe=uL/D為Peclet準(zhǔn)數(shù)，是模型唯一參數(shù)，表示返混程度大小，Pe值越大，返混程度越低，活塞流的Pe值趨向于8，而全混流的Pe值趨向于0。在閉-閉式軸向擴散模型中，可采取以下公式通過方差與平均停留時間求Pe值。2Pe—(1—e-Pe)Pe2(4)

2Pe—(1—e-Pe)Pe2(4)PI-壓力計TI-測溫V一截止閥VB一三通閥-儲液罐2—精濾器3—轉(zhuǎn)子流量計4—壓力變送器5—流化床6—電極7—電磁閥8—高位罐9-清洗罐10—計算機11—液體加料泵流化床停留時間測定裝置流程示意圖實驗步驟及數(shù)據(jù)處理一、實驗步驟用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)水流量，使床內(nèi)固體粒子開始流化之后，使流量保持在一定值，穩(wěn)定10min左右。在電腦實時采集界面確定示蹤劑操作，點擊開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在屏幕上顯示示蹤劑在設(shè)備內(nèi)的停留時間曲線和壓差曲線。待停留時間曲線末端高度基本與起始高度齊平，即可停止采集，一般不超過10min。保存數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)，求出該條件下的模型參數(shù)Pe值，同時記錄水的流量、溫度等實驗條件。依次改變水流