多釜串聯(lián)反應器及管式反應器返混測定實驗

1、多釜串聯(lián)反響器及管式反響器返混測定實驗多釜串聯(lián)返混實驗裝置是測定帶攪拌器的釜式液相反響器中物料返混情況的一種設備,它對加深了解釜式反響器的特性是最好的實驗手段之一.通常是在固定攪拌馬達轉數和液體流量的條件下,參加示蹤劑,由各級反響釜流出口測定示蹤劑濃度隨時間變化曲線,再通過數據處理得以證實返混對釜式反響器的影響,并能通過計算機得到停留時間分布密度函數及多釜串聯(lián)流動模型的關系.此外,也可通過其它種類反響器進行比照實驗,進而更深刻的理解各種反響器的特性.本實驗通過管式反響器與三釜串聯(lián)反響器中停留時間分布的測定,將數據計算結果用多釜串聯(lián)模型來定量返混程度,從而熟悉限制返混的舉措.一、實驗目的(1)掌

2、握停留時間分布的測定方法.(2) 了解停留時間分布與多釜串聯(lián)模型的關系.(3) 了解模型參數n的物理意義及計算方法.、實驗原理在連續(xù)流動的反響器內,不同停留時間的物料之間的混和稱為返混.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.物料在反響器內的停留時間完全是一個隨機過程,須用概率分布方法來定量描述.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+dt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)物理意義是：流過系統(tǒng)的物料中停留時間

3、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)的入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.由停留時間分布密度函數的物理含義,可知ftdt=VCtdtQqQQ=0VCtdt(2)VCtCt所以/tdt0ct出(3)由此可見ft巧示蹤劑濃度Ct成正比.因此,本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料,以飽和KNO示蹤劑,在反響器出口處檢測溶液電導值.在一定范圍內,KNO濃度與電導值成正比,那么可用電導值來表達物料的停留時間變化關系0停留時間分布密度函數ft麻概率論中有二個特征值,平均停留時間數學-2-期望t和方差5.t

4、的表達式為:-二0tCtdtt=0tftdt=-°Ct出采用離散形式表達,并取相同時間問隔-三tCt.：t三tLtt=ZCt.：tZLt(5)_25的表達式為:=;t-f2ftdt=.0t2ftdt-f2(6)也用離散形式表達,并取相同N,那么:二t2三t2Ct2I："2假設用無因次比照時間9來表示,即9=tt,22.2無因次方差13t/1.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,那么需要用反應器模型來描述,這里采用多釜串聯(lián)模型所謂多釜串聯(lián)模型是將一個實際反響器中的返混情況作為與假設干個全混釜串聯(lián)時的返混程度等效.這里的假設干個全混釜個數n是虛擬值,并不代表

5、反響器個數,n稱為模型參數.多釜串聯(lián)模型假定每個反響器為全混釜,反響器之間無返混,每個全混釜體積相同,那么可以推導得到多釜串聯(lián)反響器的停留時間分布函_2數關系,并得到無因次方差仃日與模型參數n存在關系為1n=2二1(8)2.2c當n=1,ae=1,為全混釜特征；當nTg,仃eT.,為平推流特征；這里n是模型參數,是個虛擬釜數,并不限于整數.三、實驗裝置與流程實驗裝置由管式反響器與三釜串聯(lián)反響器二個系統(tǒng)組成.實驗時,水分別從二個轉子流量計流入二個系統(tǒng),穩(wěn)定后在二個系統(tǒng)的入口處分別快速注入示蹤劑,由反響釜出口處電導電極檢測示蹤劑濃度變化,并由記錄儀自動錄下來.1 .技術指標(1)釜式反響器1L,3

6、個.(2)管式反響器,1個.(3)液體(水)流量660升/時.(4)數字電導率儀3套.(5)不銹鋼離心泵一臺,功率370VVSZD-37型.2 .裝置流程圖1231-清洗水儲罐；2-三通閥;3-KNO#罐;4-水槽;5-浮球閥;6-水泵;7-流量計；8-電磁閥；9-電導電極;10-釜;11-螺旋槳攪拌器；12-排放閥;13-攪拌馬達；14-管式反響器；15-電導率儀；16-排液管；17-液位調節(jié)器；18-聯(lián)軸器；19-調速器；20-微機系統(tǒng)多釜串聯(lián)實驗流程圖天大北洋2021.1.11四、操作步驟1.準備工作(1)將飽和KNO3液體注入標有KNO3的儲瓶內,將水注入標有H2O的儲瓶內.(2)連接

7、好入水管線,翻開自來水閥門,使管路充滿水.(3)檢查電極導線連接是否正確.2 .操作(1)翻開總電源開關,開啟入水閥門,向水槽內注水,將回流閥開到最大,啟動水泵,慢慢翻開進水轉子流量計的閥門(注意！初次通水必須排凈管路中的所有氣泡,特別是死角處).通過三通閥選擇做多釜串聯(lián)返混或是管式反響器實驗,調節(jié)水流量維持在20-30升每小時之間的某值,直至各釜或直管反響器充滿水,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,后再調節(jié)馬達轉速的旋鈕,使三釜攪拌速度一致(如選做直管反響器實驗,以上步驟略去).開啟電磁閥開關和電導儀總開關,按電導率儀使用說明書分別調節(jié)“調零、調溫度和電極

8、常數等.調整完畢,備用.(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“多釜返混實驗圖標,在主畫面上按下“實時采集按鈕,調好坐標數值,點擊“開始實驗,調節(jié)電磁閥開合時間,一般為3-9秒,輸入操作員編號,點擊“確定,開始采集數據.(4)待測試結束,按下“結束實驗按鈕后,按下“保存數據按鈕保存數據文件.3 .停車(1)實驗完畢,將實驗柜上三通閥轉至“H2O位置,將程序中“閥開時問調到20秒左右,按“開始按鈕,沖洗電磁閥及管路.反復三、四次.否那么KNO3會在電磁閥管路內結晶造成堵塞.(2)關閉各水閥門、電源開關,翻開多釜底或管式反響器底部排水閥,將水排空.(3)退出實驗程

9、序,關閉計算機.五實驗數據處理根據實驗結果,可以得到單管與三釜串聯(lián)反響器的停留時間分布曲線,這里的物理量-電導值L對應了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法,在曲線上相同時間問隔取點,一般可取20個數據點左右,再由公式(5),(7)分別計算出各一.-22_2_2-自的,和短,及無因次方差仃日.通過多釜串聯(lián)模型,利用公式(8)求出相應的模型參數n,隨后根據n的數值大小,就可確定單管和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小.假設采用微機數據采集與分析處理系統(tǒng),那么可直接由電導率儀輸出信號至計算機,由計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,減少了手工計算的工作量.六結果與討論(1)計算出單管與三釜系統(tǒng)的平均停留時間并與理論值比擬,分析偏差原因；(2)計算模型參數n,討論二種系統(tǒng)的返混程度大??；(3)討論一下如何限制返混或加大返混程度.七、維護及故障處理1 .長時間不用該儀器應放置枯燥的地方,還應定期進行儀器