實(shí)驗(yàn)8 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定.doc

實(shí)驗(yàn)八 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定1.目的及任務(wù)1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解全混釜和多釜串聯(lián)反應(yīng)器的返混特性；2.掌握利用電導(dǎo)率測(cè)定停留時(shí)間分布的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法；3.了解停留時(shí)間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系；4.了解模型參數(shù)n的物理意義及計(jì)算方法。1.2實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 用脈沖示蹤法測(cè)定單反應(yīng)釜停留時(shí)間分布，確定返混程度；2. 用脈沖示蹤法測(cè)定三反應(yīng)釜串聯(lián)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布，確定返混程度；2.基本原理在連續(xù)流動(dòng)的釜式反應(yīng)器內(nèi)，激烈的攪拌使得反應(yīng)器內(nèi)物料發(fā)生混合，反應(yīng)器出口處的物料會(huì)返回流動(dòng)與進(jìn)口處物料混合，形成空間上的返混；為限制空間返混的發(fā)生程度，通常從幾何空間上將一個(gè)反應(yīng)釜分成多個(gè)反應(yīng)釜，可以使返混程度降低。在連續(xù)流動(dòng)的釜式反應(yīng)器內(nèi)，不同停留時(shí)間的物料之間的混合形成時(shí)間上的返混。返混程度的大小，一般很難直接測(cè)定，通常是利用物料停留時(shí)間分布的測(cè)定來(lái)研究。然而測(cè)定不同狀態(tài)的反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間分布時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時(shí)間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時(shí)間分布不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(lái)間接表達(dá)。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)的入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。由停留時(shí)間分布密度函數(shù)的物理含義及物料衡算，可知(1)示蹤劑加入量符合(2)由（1）與（2）可得停留時(shí)間分布密度函數(shù)(3)由此可見(jiàn)與示蹤劑濃度成正比。因此，本實(shí)驗(yàn)中用水作為連續(xù)流動(dòng)的物料，以飽和KCl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)，KCl濃度與電導(dǎo)值L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，這里，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)在概率論中有二個(gè)特征值，即平均停留時(shí)間（數(shù)學(xué)期望）和方差。與的表達(dá)式為：(4)（5）采用離散形式表達(dá)，并取相同時(shí)間間隔則：(6)（7）若用無(wú)因次對(duì)比時(shí)間來(lái)表示，即，無(wú)因次方差 。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)介其返混程度，則需要用反應(yīng)器模型來(lái)描述，這里我們采用的是多釜串聯(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)n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)得到多釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布函數(shù)關(guān)系，并得到無(wú)因次方差與模型參數(shù)n存在關(guān)系為（8）當(dāng) ， ，為全混釜特征；當(dāng)， ， 為平推流特征；這里n是模型參數(shù)，是個(gè)虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。3. 裝置和流程4.操作要點(diǎn)4.1準(zhǔn)備工作1. 示蹤劑飽和氯化鉀溶液400ml以上（瓶裝）；2. 500ml燒杯2個(gè)，將瓶中飽和氯化鉀上清液小心倒入燒杯中約200ml（半杯），盡量防止倒入氯化鉀結(jié)晶；3. 5ml注射器4只，兩用兩備，7號(hào)注射器針頭4只，兩用兩備；4. 熟悉流量計(jì)與流量控制，攪拌器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)操作；5. 熟悉注射器進(jìn)樣操作，使用清水模擬操作；6. 熟悉“單釜”與“三釜”計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作，演練“開(kāi)始結(jié)束保存打印”。4.2實(shí)驗(yàn)步驟1. 通水，開(kāi)啟水開(kāi)關(guān)，讓水注滿(mǎn)反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量為15 L/H，保持流量穩(wěn)定。2. 通電，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)。（1）打開(kāi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)定參數(shù)值，通過(guò)點(diǎn)擊圖形區(qū)域，可進(jìn)行“單釜”與“三釜”顯示頁(yè)面的切換；（2）開(kāi)電導(dǎo)儀，調(diào)整好，以備測(cè)量；（3）開(kāi)動(dòng)攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了混合狀態(tài)，單釜轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在150 r/min 左右，三釜轉(zhuǎn)速應(yīng)大于300 r/min 左右。3. 待系統(tǒng)流量穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑KCl飽和溶液，同時(shí)按計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的“開(kāi)始”鍵，記錄電導(dǎo)率隨時(shí)間變化軌跡；4. 當(dāng)計(jì)算機(jī)畫(huà)面顯示的電導(dǎo)率值在2min內(nèi)覺(jué)察不到變化時(shí)，即認(rèn)為終點(diǎn)己到，按“結(jié)束”鍵，同時(shí)保存并打印結(jié)果。5. 關(guān)閉儀器，電源，水源，排清釜中料液，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。4.3注意事項(xiàng)1. 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，要注意控制流量穩(wěn)定；2. 示蹤劑飽和KCl溶液需一次迅速注入（例如1-3秒之內(nèi)）；3. 用注射器抽取飽和KCl溶液時(shí)，注意不要抽到底層KCl結(jié)晶，以免堵塞針頭；如果針頭堵塞，切勿強(qiáng)推注入，而應(yīng)拔出重做；4. 一旦失誤，應(yīng)該等示蹤劑出峰全部走平后重做，或在老師指導(dǎo)下，把水全部排放后置換清水重做。5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1. 選擇一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用離散方法計(jì)算平均停留時(shí)間、方差，進(jìn)而計(jì)算無(wú)因此方差和模型參數(shù)（要求寫(xiě)出計(jì)算步驟）；2. 與計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果比較，分析偏差原因；3. 列出數(shù)據(jù)處理結(jié)果；5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論1. 計(jì)算出單釜與三釜系統(tǒng)平均停留時(shí)間，并與理論值比較，分析偏差原因；2. 計(jì)算模型參數(shù)n，討論二種系統(tǒng)的返混程度大小，并比較與實(shí)際反應(yīng)釜級(jí)數(shù)的差異；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理4. 選擇一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用離散方法計(jì)算平均停留時(shí)間、方差，進(jìn)而計(jì)算無(wú)因此方差和模型參數(shù)（要求寫(xiě)出計(jì)算步驟）；5. 與計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果比較，分析偏差原因；6. 列出數(shù)據(jù)處理結(jié)果；5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論1.計(jì)算出單釜與三釜系統(tǒng)平均