管式反應(yīng)器流動特性測定.ppt

授課單位：石油化工學(xué)院 主講教師：李春雷 授課時間： 2013年 秋季 學(xué)期,化工綜合專業(yè)實驗,管式反應(yīng)器流動特性測定,2,管式反應(yīng)器流動特性測定,實驗?zāi)康?實驗原理 實驗裝置及流程 操作步驟 數(shù)據(jù)處理 思考與討論,1、實驗?zāi)康?本實驗通過管式循環(huán)反應(yīng)器中停留時間分布的測定，通過數(shù)據(jù)處理用多釜串聯(lián)模型來定量管式反應(yīng)器不同循環(huán)比下的返混程度，認(rèn)識限制返混的措施。 本實驗?zāi)康臑椋?(1)握停留時間分布的測定方法； (2)了解連續(xù)均相管式循環(huán)反應(yīng)器的返混特性； (3)分析觀察連續(xù)均相管式循環(huán)反應(yīng)器的流動特征； (4)研究不同循環(huán)比下的返混程度，計算模型參數(shù)n。,4,2、實驗原理,在連續(xù)均相管式循環(huán)反應(yīng)器中，若循環(huán)流量等于零，則反應(yīng)器的返混程度與平推流反應(yīng)器相近，由于管內(nèi)流體的速度分布和擴(kuò)散，會造成較小的返混。若有循環(huán)操作，則反應(yīng)器出口的流體被強(qiáng)制返回反應(yīng)器入口，也就是返混。返混程度的大小與循環(huán)流量有關(guān)，通常定義循環(huán)比R為：,5,2、實驗原理(續(xù)),循環(huán)比R是連續(xù)均相管式循環(huán)反應(yīng)器的重要特征，可自零變至無窮大。 當(dāng)R=0時，相當(dāng)于平推流管式反應(yīng)器。 當(dāng)R=時，相當(dāng)于全混流反應(yīng)器。 對于連續(xù)均相管式循環(huán)反應(yīng)器，可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)比R，得到不同返混程度的反應(yīng)系統(tǒng)。一般情況下，循環(huán)比大于20時，系統(tǒng)的返混特性已經(jīng)非常接近全混流反應(yīng)器。,6,2、實驗原理(續(xù)),返混程度的大小，一般很難直接測定，通常是利用物料停留時間分布的測定來研究。然而測定不同狀態(tài)的反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布時，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時間分布不存在一一對應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時間分布的實驗測定數(shù)據(jù)直接表示返混程度，而要借助于反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型來間接表達(dá)。,7,2、實驗原理(續(xù)),停留時間分布的測定方法有階躍法、脈沖法等，常用的是脈沖法。脈沖法是當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量Q的示蹤劑，同時開始在出口流體中檢測示蹤劑的濃度變化。由停留時間分布密度函數(shù)的物理含義，可知：,8,2、實驗原理(續(xù)),由式可見， 與示蹤劑濃度 成正比。因此，本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料，以飽和 氯化鉀溶液作示蹤劑，在反應(yīng)器出口檢測溶液電導(dǎo)值。 在一定范圍內(nèi)，濃度與電導(dǎo)值成正比，則可用電導(dǎo)值來表達(dá)物料的停留時間變化關(guān)系。所測系統(tǒng)的物料停留時間密度函數(shù)正比于系統(tǒng)出口處KCl水溶液的電導(dǎo)值。即 ， 為t時刻的電導(dǎo)值， 為水溶液無示蹤劑時電導(dǎo)值。,9,2.實驗原理(續(xù)),停留時間分布密度函數(shù) 在概率論中有二個特征值，平均停留時間 （數(shù)學(xué)期望）和方差 。 的表達(dá)式為：,采用離散形式表達(dá)，并取相同時間間隔 則：,（4）,（5）,10,2、實驗原理(續(xù)),的表達(dá)式為：,采用離散形式表達(dá)，并取相同時間間隔 則：,（6）,（7）,11,2、實驗原理(續(xù)),若用無因次對比時間 來表示：,無因次方差：,在測定了一個系統(tǒng)的停留時間分布后，如何來評介其返混程度，則需要用反應(yīng)器模型來描述，這里我們采用的是多釜串聯(lián)模型。,12,2、實驗原理(續(xù)),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)n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)得到多釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)關(guān)系，并得到無因次方差與模型參數(shù)n之間存在的關(guān)系。,13,2、實驗原理(續(xù)),無因次方差與模型參數(shù)n之間存在的關(guān)系如下：,當(dāng) ， ，為全混釜特征；,（8）,當(dāng) ， ，為平推流特征；,當(dāng)1 ，1 ，為實際反應(yīng)器內(nèi)的流動特征。 這里n是模型參數(shù)，是個虛擬釜數(shù)，并不限于正整數(shù)。,14,3、預(yù)習(xí)與思考,脈沖示蹤法對示蹤劑的要求是什么？,示蹤劑與流體互溶并且易于檢測到。,若進(jìn)口流量15升/小時，循環(huán)比要求0，3，5，則循環(huán)流量分別控制為多少？,循環(huán)流量分別控制為0，45，75升/小時。,返混的結(jié)果是什么？,改變了反應(yīng)物的濃度分布，造成物料的停留時間分布。,15,3、預(yù)習(xí)與思考（續(xù)）,循環(huán)管式反應(yīng)器中循環(huán)比與實驗結(jié)果的關(guān)系是怎樣的？,R越大，方差越大；R越小，模型參數(shù)越大 。,在管式反應(yīng)器中，減小返混的措施有哪些？,填充固體填料；提高高徑比 。,本實驗采用哪個反應(yīng)器模型描述返混程度 ？,多釜串聯(lián)模型。,16,4、實驗裝置及流程,實驗裝置如圖所示，由管式反應(yīng)器和循環(huán)系統(tǒng)組成。循環(huán)泵開關(guān)在儀表屏上控制，流量和循環(huán)比由循環(huán)管閥門控制，流量直接由轉(zhuǎn)子流量計讀出，單位是：升/小時。實驗時，進(jìn)水從轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)流入系統(tǒng)，穩(wěn)定后在系統(tǒng)的入口處（反應(yīng)管下部進(jìn)樣口）快速注入示蹤劑(2ml)，由系統(tǒng)出口處電導(dǎo)電極檢測示蹤劑濃度變化，并顯示在電導(dǎo)儀上。 實驗裝置圖 實驗流程圖,17,5、實驗操作,5.1 準(zhǔn)備工作 (1)配置飽和KCl液體； (2)連接好入水管線； (3)檢查電極導(dǎo)線連接是否正確； (4)開啟計算機(jī)； (5)將飽和KCl液體緩慢吸入示蹤劑注射器內(nèi)（避免產(chǎn)生氣泡，吸入量1mL）。,18,5.2 操作步驟,(1)通水，開啟水源，讓水注滿反應(yīng)管，并從塔頂穩(wěn)定流出，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量為一穩(wěn)定值（10L/H）。 (2)通電，開啟電源開關(guān)。 (3)打開“管式循環(huán)反應(yīng)器數(shù)據(jù)采集”軟件，并填寫有關(guān)數(shù)據(jù)； (4)循環(huán)時，開循環(huán)泵，用循環(huán)閥門調(diào)節(jié)流量； （R=3,0.5; R=6,1.0; R=9,1.5） 不循環(huán)時，關(guān)泵，關(guān)緊循環(huán)閥門。,5、實驗操作（續(xù)）,GMP=加侖/分鐘 LPM = 1升 / 分鐘=60升 / 小時,19,5.3 進(jìn)樣操作, 待系統(tǒng)穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑，同時點擊軟件上“開始”圖標(biāo)； 觀察電導(dǎo)率數(shù)據(jù)的變化； 當(dāng)電腦記錄顯示的曲線在1min內(nèi)基本覺察不到變化時，即認(rèn)為終點己到。 點擊“結(jié)束”，以組號作為文件名保存文件，打印實驗數(shù)據(jù)。 (5) 改變條件采用不同循環(huán)比，重復(fù)上述步驟。,5、實驗操作（續(xù)）,20,5.4 實驗操作注意事項,實驗做兩個不同循環(huán)比，注入示蹤劑要小于2ml ,本次實驗確定為1mL ； 調(diào)節(jié)流量穩(wěn)定后方可注入示蹤劑，整個操作過程中注意觀察和控制流量； 抽取示蹤劑時勿吸入底層晶體，以免堵塞； 示蹤劑要求一次迅速注入，若遇針頭堵塞，不可強(qiáng)行推入，應(yīng)拔出后重新操作； 一旦失誤，應(yīng)等示蹤劑出峰全部走平后，再重做。（先請示老師確定）。,5、 實驗操作（續(xù)）,21,1.選擇一組實驗數(shù)據(jù)，用離散方法計算平均停留時間、方差，從而計算無因次方差和模型參數(shù)，要求寫清計算步驟； 2.列出數(shù)據(jù)處理結(jié)果表