基于rd曲線的多流中間包內(nèi)流體流動分析

基于rd曲線的多流中間包內(nèi)流體流動分析

1多流中間包內(nèi)流體流動模式研究中間包內(nèi)的流暢流行為是中間包金銀的基礎。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)的體積分數(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)流體流動特征時,大多數(shù)研究者運用單流中間包內(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間和流動模式,從每一流的角度來分析整個多流中間包內(nèi)的流體流動特征.受幾何形狀和操作參數(shù)的影響,多流中間包各流流動并不均衡.所以各流的流動特征不能準確地反映多流中間包整體的流動模式.王建軍等把各流的響應曲線綜合到一個關系式中來計算中間包內(nèi)流體的流動模式,但沒有考慮死區(qū)是緩慢流動的實際情況.鄭淑國等將多流中間包內(nèi)流體流動模式的體積分數(shù)認為是各流相關參數(shù)的平均值,忽略了各流之間的相互影響.針對這些情況,本工作根據(jù)冶金反應工程學理論,提出了聯(lián)合RTD曲線的概念,推導了分析多流中間包內(nèi)流體流動模式的新方法.該分析方法不僅避免了用各流的流動狀況描述整個多流中間包內(nèi)流動特征,而且考慮死區(qū)流動的實際情況,用修正組合模型分析流動模式.此外,還從整體上對多流中間包平均停留時間作出新的解釋.2聯(lián)合rtd曲線停留時間分布密度函數(shù)E(t)的定義為出口流體中,停留時間滿足t1<t<t2的流體所占的分率.或者說,E(t)dt是同一時刻進入反應器的流體總量中,停留時間為t到t+dt的那部分流體所占分率.對于多流中間包此時的E(t)曲線綜合考慮了各個出口示蹤劑的停留時間情況,將其定義為聯(lián)合RTD曲線.已知理論平均停留時間τ=VR/Q,無因次時間θ=t/τ,則無因次化的E曲線為根據(jù)Sahai等提出的修正組合模型,停留時間超過2τ的流體是進入死區(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.流體整體停留時間對于連續(xù)變量系統(tǒng),平均停留時間定義為對于多流中間包,其中的E(t)為聯(lián)合RTD曲線,將式(2)代入式(11)得流體整體停留時間設從各流流出的示蹤劑在中間包內(nèi)的停留時間分布函數(shù)為則從各流流出的示蹤劑在中間包內(nèi)的平均停留時間為則由式(15),多流中間包內(nèi)流體整體平均停留時間可以理解為各流流出流體平均停留時間的加權平均和,權重為各流流出示蹤劑的量占示蹤劑總量的分率.4模擬實驗4.1rtd、溫度采集系統(tǒng)通過物理模擬實驗來優(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.中間包模型用有機玻璃制成,水為模化介質(zhì).其中,RTD系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡812pg和電導儀組成,溫度采集系統(tǒng)由熱電偶、巡檢儀及重慶大學研發(fā)的DASW采集軟件組成.4.2中間包液位的測量實驗在拉速為0.8m/min的條件下進行,根據(jù)相似比計算得到模型總流量0.960m3/h,各流流量為160L/h,模型中間包的工作液位為250mm,長水口插入深度為30mm.實驗過程中,在保持進出口流量和中間包液位穩(wěn)定的情況下,隨大包注流瞬時加入一定濃度的食鹽水溶液,在對稱的3個出口處,用電導電極測定水溶液電導率的變化,并用計算機采集數(shù)據(jù),測得的電導率隨時間的變化曲線.4.3包內(nèi)流體停留時間分布在中間包內(nèi)設置5種控流裝置方案.以方案2的控流裝置為例,測得的中間包內(nèi)流體流動的濃度曲線如圖2所示,中間包內(nèi)流體停留時間分布的聯(lián)合RTD曲線如圖3所示.根據(jù)式(5)可以計算出中間包內(nèi)Qa/Q為0.8,因此Qd/Q為0.2.根據(jù)式(8),(9)和(10),可以計算出中間包內(nèi)流體流動的模式,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)可以計算出流體在中間包內(nèi)的平均停留時間為327s.5考慮死區(qū)流體流動的影響應用聯(lián)合RTD曲線常用的分析方法,得到不同控流方案時中間包內(nèi)流體流動模式,如表1所示.由表1可知,采用該方法計算所得中間包內(nèi)平均停留時間與用求平均方法獲得的平均停留時間誤差在3%內(nèi).而在計算中間包內(nèi)死區(qū)時,不考慮死區(qū)流體的流動將會使計算結果產(chǎn)生較大偏差.當Qd/Q增大到0.29時,死區(qū)的計算誤差可以達到45%.從表1和式(8)可知,當Qd/Q的值逐漸變大時,也就是說,死區(qū)內(nèi)緩慢流動的流體流量增大時,兩種模型計算的差距越來越大.由于死區(qū)內(nèi)的流體與中間包內(nèi)的活性流體進行緩慢的相互交換,運用聯(lián)合RTD曲線分析計算多流中間包內(nèi)流體流動模式,能夠更真實地反映中間包內(nèi)實際流動狀況,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流體整體停留時間計算方法(1)多流中間包內(nèi)流體的停留時間分布可用聯(lián)合RTD曲線進行描述,將其運用到修正組合模型,形成了多流中間包內(nèi)流體流動的聯(lián)合RTD曲線分析方法.(2)多流中間包內(nèi)流體整體停留時間可以理解為從各流流出流體平均停留時間的加權平均和,權重為各流流出示蹤劑