實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板(單三釜)

1、沈 陽 化 工 學(xué) 院化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告班 級(jí)同 組 人評(píng) 分姓 名實(shí)驗(yàn)日期 指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中的返混測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)通過單釜與三釜反應(yīng)器中停留時(shí)間分布的測(cè)定，將數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果用多釜串聯(lián)模型來定量返混程度，從而認(rèn)識(shí)限制返混的措施。(1)掌握停留時(shí)間分布的測(cè)定方法。(2)了解停留時(shí)間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系。(3)了解模型參數(shù)n的物理意義及計(jì)算方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在連續(xù)流動(dòng)的反應(yīng)器內(nèi)，不同停留時(shí)間的物料之間的混合稱為返混。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

2、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)模型來間接表達(dá)。物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間完全是一個(gè)隨機(jī)過程，須用概率分布方法來定量描述。所用的概率分布函數(shù)為停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)。停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)的物理意義是：同時(shí)進(jìn)入的N個(gè)流體粒子中，停留時(shí)間介于t到t+dt間的流體粒子所占的分率dNN為E(t)dt。停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)的物理意義是：流過系統(tǒng)的物料中停留時(shí)間小于t的物料的分率。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

3、后，在系統(tǒng)的人口處瞬間注入一定量Q的示蹤物料，同時(shí)開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，可知 所以 由此可見E(t)與示蹤劑濃度c(t)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)值成正比，則可用電導(dǎo)值來表達(dá)物料的停留時(shí)間變化關(guān)系，即E(t)L(t)，這里L(fēng)(t)=Lt-L，Lt為t時(shí)刻的電導(dǎo)值，L為無示蹤劑時(shí)電導(dǎo)值。停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)在概率論中有兩個(gè)特征值，平均停留時(shí)間(數(shù)學(xué)期望)和方差t2。的表達(dá)式為： 采用離散形式表達(dá)，并取相同時(shí)間間隔t，則： t2的表達(dá)式為

4、： 也用離散形式表達(dá)，并取相同t，則： 若用無量綱對(duì)比時(shí)間來表示，即=t/，無量綱方差。在測(cè)定了一個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布后，如何來評(píng)價(jià)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。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，并得到無量綱方差與模型參數(shù)n存在關(guān)系為 當(dāng)n = 1, = 1，為全混流特征；當(dāng)n ，0，為平推流特征；這里n是模型參

5、數(shù)，是個(gè)虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，由單釜與三釜串聯(lián)二個(gè)系統(tǒng)組成。三釜串聯(lián)反應(yīng)器中每個(gè)釜的體積為1L，單釜反應(yīng)器體積為3L，用可控硅直流調(diào)速裝置調(diào)速。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水分別經(jīng)二個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)流入二個(gè)系統(tǒng)。穩(wěn)定后在二個(gè)系統(tǒng)的入口處分別快速注入示蹤劑，由每個(gè)反應(yīng)釜出口處電導(dǎo)電極檢測(cè)示蹤劑濃度變化，并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄下來。 圖1 連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器返混實(shí)驗(yàn)裝置圖1-全混釜(3L)；2，3，4-全混釜(1L)；5-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6電機(jī)；7-電導(dǎo)率儀； 8-電導(dǎo)電極； 9-記錄儀； 10-微機(jī)四、實(shí)驗(yàn)步驟及方法(1)通水，開啟水開關(guān)，讓水注滿反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量為20Lh，保持流量穩(wěn)定

6、。(2)通電，開啟電源開關(guān)。開動(dòng)攪拌裝置，單釜轉(zhuǎn)速約為280rmin，三釜轉(zhuǎn)速約為140rmin。開電導(dǎo)儀并調(diào)整好溫度和初始電導(dǎo)率值，打開微機(jī)上的實(shí)驗(yàn)測(cè)量軟件，以備測(cè)量；(3)待系統(tǒng)穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑35 ml，同時(shí)按下微機(jī)上對(duì)應(yīng)的裝置測(cè)量開始按鈕。(4)當(dāng)微機(jī)上顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，保存數(shù)據(jù)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。五、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)處理結(jié)果（必須有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的簽名）六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)微機(jī)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到單釜與三釜的停留時(shí)間分布曲線和不同停留時(shí)間的電導(dǎo)率值，其中電導(dǎo)值Lt對(duì)應(yīng)了示蹤劑濃度的變化。然后用離散化方法，在曲線上取2025

7、個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)左右，再由公式(5)、(7)分別計(jì)算出各自和t2，及無因次方差。通過多釜串聯(lián)模型，利用公式(8)求出相應(yīng)的模型參數(shù)n，隨后根據(jù)n的數(shù)值大小，就可確定單釜和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小。實(shí)際上微機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，可直接由電導(dǎo)率儀輸出信號(hào)至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與分析，在顯示器上畫出停留時(shí)間分布動(dòng)態(tài)曲線圖，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)計(jì)算平均停留時(shí)間、方差和模型參數(shù)。上述兩種結(jié)果可以進(jìn)行比對(duì)，找出差異，分析原因。具體的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理過程如下：1、 單釜實(shí)驗(yàn)表1-1 單釜實(shí)驗(yàn)停留時(shí)間分布原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果t (s)L(t) (mv)t·L(t)t2 L(t)1232530

8、649713923.3013.0602.8430.13599.030195.840275.771187.9202970.90012533.76026749.787261584.64 計(jì)算基準(zhǔn)：L1.0610由公式（5）得：10306.873/34.934=295.038 s 其中L（t）Lt- L由公式（7）得：=5446057.829/34.934-295.0382=68848.20542 s2由 =68848.20542/295.0382=0.7909,進(jìn)而由公式（8）得： =1/0.7909=1.2632、 三釜實(shí)驗(yàn)表1-2 三釜（1釜）實(shí)驗(yàn)停留時(shí)間分布原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果t (s)L(t

9、) (mv)t·L(t)t2 L(t)1232027538013198.9857.7446.550-0.015242.595410.430524.000-19.2856550.06521752.79041920.000-26096.415由公式（5）得：10667.060/44.817=238.014 s 由公式（7）得：=3498774.952/44.817-238.0142=1417.510 s2由=68848.20542/295.0382=0.7909,進(jìn)而由公式（8）得： =1/0.7909=1.263 其它兩釜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表、計(jì)算方法、結(jié)果略。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1、 從單釜和三釜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果與計(jì)算機(jī)分析結(jié)果比較，平均停留時(shí)間和，n有較大偏差，可能的原因是由于利用數(shù)據(jù)采集的各點(diǎn)，其時(shí)間間隔是不相等的，采取離散求和的方式計(jì)算，結(jié)果較計(jì)算機(jī)分析處理的結(jié)果差距較大。2、 連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)中的水可能含有一些金屬離子、陰離子等雜質(zhì)，影響電導(dǎo)值的測(cè)定，所以實(shí)際計(jì)算的結(jié)果與理想流動(dòng)模型的參數(shù)之間有一定的差距。3、由單釜和三釜計(jì)算得出的模型參數(shù)n，可以了結(jié)到隨串聯(lián)釜數(shù)的增加，模型參數(shù)逐釜增加，返混程度則逐漸變小，串聯(lián)釜數(shù)越多，其流動(dòng)效果越接近平推流模型，返混程度越小。4、綜上，可以采用多釜串聯(lián)的方法限制返混的程度。八、主要符號(hào)說明1