專業(yè)實驗多釜串聯反應器返混的測定

1、連續(xù)流動反應器中返混的測定A 實驗目的本實驗通過三釜串聯反應器中停留時間分布的測定，將數據計算結果用多釜 吊聯 模型來定量返混程度，從而認識限制返混的措施。用脈沖示蹤法測定停留時間分布及數據處理方法；了解停留時間分布與多釜串聯模型的關系；了解模型參數N 的物理意義及計算方法。B 實驗原理在連續(xù)流動反應器中，山于反應物料的返混以及在反應器內出現的層流，死角，短路等現象，使得反應物料在反應器中的停留時間有長有短，即形成停留時間 分布，影響反應進程和最終結果。測定物料的停留時間分布是描述物料在反應器內 的流動特性和進行反應器設計計算的內容之一。物料在反應器內的停留時間完全是一個隨機過程，須用概率分布

2、方法來定量描述。所用的概率分布函數為停留時間分布密度函數f(t) 和停留時間分布函數F(t) 。停留時間分布密度函數f(t) 的物理意義是：同時進入的 N 個流體粒子中， 停留時間介于 t 到t+At 間的流體粒子所占的分率dN/N 為 f(t)dt 。停留時間分布函數 F(t) 的物理意義是：流過系統(tǒng)的物料中停留時間小于 t 的物料的分率。停留時間分布的測定方法有脈沖法，階躍法等，常用的是脈沖法。當系統(tǒng)達 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，同時開始在出口流體中 檢測示蹤物料的濃度變化。山停留時間分布密度函數的物理含義，可知Q = VAC (t)dt/，心上0_=-(3)

3、八 W 叮 J ; c(rU山此可見f與示蹤劑濃度C(t)成正比。因此，本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料，以飽和KC1作示蹤劑，在反應器出口處檢測溶液電導值。在一定范圍內，KC1濃度與電導值成正比，則可用電導值來表達物料的停留時間變化關系，即 f(t)*L(t),這里 L(t戶Lt-L,Lt為t時刻的電導值，為無示蹤劑時電導值。停留時間分布密度函數f在概率論中有兩個特征值，平均停留時間 (數學 期望)t和方差的表達式為:采用離散形式表達，并取相同時間間隔t的表達式為：NN幻？ c ( )如= 口i=/=/的表達式為: 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，并取相同則：立丁 ” iy ”）”*0二W =Z/W餉）工“）=/=/如=cf5 wj: c加若用無M綱對比時間 0來表達，即3=t/t在測定了一個系統(tǒng)的停留時間分布后，如何來評價其返混程度，則需要用反應器模型來描述。這里我們采用的是多釜吊聯模型。所謂多釜串聯模型是將一個實際反應器中的返混情況作為與若干個全混釜串聯時的返混程度等效。這里的若干個全混釜個數是虛擬值，并不代表反應器個 數，N稱為模型參數。多釜串聯模型假定每個反應器為全混釜，反應器之間無返混，每個全混釜體積相同，則可以推導得到多釜吊聯反應器的停留時間分布函數關系，并得到

5、無M綱方差與模型參數N存在關系為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，是個虛擬釜數，并不限于整數。C 預習與思考測定停留時間分布的方法有哪些?本實驗采用哪種方法？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?本實驗用什么作示蹤劑？模型參數與實驗中反應釜的個數有何不同？D 實驗裝置及流程實驗裝置如圖 1 所示，山三釜串聯系統(tǒng)組成。三釜串聯反應器中每個釜的體積為1.5L, 實驗時，水經轉子流量計?流入系統(tǒng)。穩(wěn)定后在系統(tǒng)的入口處快速注入示蹤劑，山每個反應釜出口處電導電極檢測示蹤劑濃度變化，并自動記錄

6、下來。圖 1 連續(xù)流動反應器返混實驗裝置圖1 一清洗水儲罐；2三通閥；3溶液儲槽； 4 一水槽； 5. 浮球閥機6 水泵； 7 流量計； 8 三通： 9 一電導電極； 10 釜； 11 一螺旋漿攪拌器； 12排放閥； 13攪拌馬達E.實驗步驟及方法1、準備工作將飽和KC1液體注入標有KC1的儲瓶內，將水注入標有 H20的儲瓶 內。 連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。 檢查電極導線連接是否正確。2、操作(1)打開總電源開關，打開水位控制開關，開啟入水閥門。當水位指示綠燈 亮后，關小入水閥門，慢慢打開進水轉子流M計的閥門(注意！初次通水必須排凈路中的所有氣泡，特別是死角處）。調節(jié)水流量

7、維持在 35 升/ 時，直至各釜充滿水，并能正常地從最后一級流出。（ 2 ） 分別開啟釜1 、釜 2 、釜 3 攪拌馬達開關，后再旋轉調節(jié)馬達轉速的旋鈕，使三釜攪拌程度大致相同（電流表指示在 20V 左右）。開啟電磁閥開關和電導 儀總開關，再分別開啟三個電導儀開關，將撥鈕扳至“校正”位置，調節(jié)下方電位器使電導儀表針指示為滿刻度1.0 。至此，調整完畢，將撥鈕扳至“測量”位置， 準備測量。（電導儀的使用方法見該儀器使用說明書）（ 3 ） 開啟計算機電源，在桌面上雙擊“多釜返混實驗FH- 3” 圖標，在主畫 面上按下“實驗流程”按鈕，調節(jié)“示蹤劑量”、“進水流量”，使顯示值為實際 實驗值，在操作員

8、號框中輸入自己對應號碼（前三位必須是英文字母或數字）。（ 4 ） 按下“趨勢圖”按鈕，調節(jié)“實驗周期”、“閥開時間”，使顯示值為實驗所需值（推薦實驗周期 30 分鐘，閥開時間 10 秒），按下開始按鈕，開始采集數據。（ 5 ） 待測試結束，按下“結束”按鈕后，按下“保存數據”按鈕，待按鈕抬起后，將該數據文件（路徑為D: /FH-3/DATA/*. XXX, 其中“XXX為操作員號中的前三位）保存到軟盤。（ 6 ） 改變水流量、改變攪拌器轉速再重新測定記錄兒次。3、停車（1）實驗完畢，將實驗相上三通閥轉至“H20位置，將程序中“閥開時 間”調到最大，按“開始”按鈕，沖洗電磁閥。反復多次。關閉各水

9、閥門、電源開關，打開釜底排水閥，將水排空。退出實驗程序，關閉計算機。F實驗數據處理根據實驗結果，可以得到三釜的停留時間分布曲線，這里的物理M電導值L對應了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法，取相同時間間隔，一般可取 20個數 據點左右，由公式(4)、(6)分別計算出各自,及無因次方差 = CF； /H。通過多釜串聯模型，利用公式 求出相應的模型參數隨后根據 m的數值大 小，就可 確定三釜系統(tǒng)的返混程度大小。若采用微機數據采集與分析處理系統(tǒng)，則可宜接由電導率儀輸出信號至計算 機, 山訃算機負責數據采集與分析，在顯示器上畫出停留時間分布動態(tài)曲線圖，并 在實驗 結束后自動計算平均停留時間、方差和模型參數。停留時間分布曲線圖與相 應數據均 可方便地保存或打印輸出，減少了手，計算的，作G結果及討論 (1)作出f(t)t曲線;計算平均停留時間/，并與理論值比較，分析偏差原因。 求方差，說明對平推流和全混流的偏離情況計算模型參數N,討論各釜的返混程度大小H主要符號說明C(t) 反應器出口示蹤劑濃度；f(t)停留時間分布密度；F(t) 停留時間分布函數；Lt, Lr L(t)液體的電導值；X模型參數；