多釜串聯(lián)反應(yīng)器及管式反應(yīng)器返混測(cè)定試驗(yàn)

1、多釜串聯(lián)反應(yīng)器及管式反應(yīng)器返混測(cè)定實(shí)驗(yàn)多釜串聯(lián)返混實(shí)驗(yàn)裝置是測(cè)定帶攪拌器的釜式液相反應(yīng)器中物料返混情況的一種設(shè)備，它對(duì)加深了解釜式反應(yīng)器的特性是最好的實(shí)驗(yàn)手段之一。通常是在固定攪拌馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)和液體流量的條件下，加入示蹤劑，由各級(jí)反應(yīng)釜流出口測(cè)定示蹤劑濃度隨時(shí)間變化曲線，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理得以證明返混對(duì)釜式反應(yīng)器的影響，并能通過(guò)計(jì)算機(jī)得到停留時(shí)間分布密度函數(shù)及多釜串聯(lián)流動(dòng)模型的關(guān)系。此外，也可通過(guò)其它種類(lèi)反應(yīng)器進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而更深刻的理解各種反應(yīng)器的特性。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)管式反應(yīng)器與三釜串聯(lián)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(lái)定量返混程度，從而認(rèn)識(shí)限制返混的措施。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌

2、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。、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)間的物料之間的混和稱(chēng)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(lái)研究。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(guò)程，須用概率分布方法來(lái)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)f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)f(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dN/N為f(t)dt。停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)物理意義是：流過(guò)系統(tǒng)的物料中停留時(shí)間

3、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，可知ftdt=VCtdtQqQQ=0VCtdt(2)VCtCt所以/tdt0ct出(3)由此可見(jiàn)f（t巧示蹤劑濃度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KNO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)，KNO濃度與電導(dǎo)值成正比，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0停留時(shí)間分布密度函數(shù)f（t麻概率論中有二個(gè)特征值，平均停留時(shí)間（數(shù)學(xué)-2-期望）t和

4、方差5。t的表達(dá)式為:-二0tCtdtt=0tftdt=-Ct出采用離散形式表達(dá)，并取相同時(shí)間問(wèn)隔-三tCt.：t三tLtt=ZCt.：tZLt(5)_25的表達(dá)式為:=;t-f2ftdt=.0t2ftdt-f2(6)也用離散形式表達(dá)，并取相同N,則:二t2三t2Ct2I：2若用無(wú)因次對(duì)比時(shí)間9來(lái)表示，即9=tt,22.2無(wú)因次方差13t/1。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，這里采用多釜串聯(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

5、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_2數(shù)關(guān)系，并得到無(wú)因次方差仃日與模型參數(shù)n存在關(guān)系為1n=2二1(8)2.2c當(dāng)n=1,ae=1,為全混釜特征；當(dāng)nTg,仃eT。，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)。三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置由管式反應(yīng)器與三釜串聯(lián)反應(yīng)器二個(gè)系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)時(shí)，水分別從二個(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，由反應(yīng)釜出口處電導(dǎo)電極檢測(cè)示蹤劑濃度變化，并由記錄儀自動(dòng)錄下來(lái)。1 .技術(shù)指標(biāo)(1)釜式反應(yīng)器1L,3個(gè)。(2)管式反應(yīng)器，1個(gè)

6、。(3)液體(水)流量660升/時(shí)。(4)數(shù)字電導(dǎo)率儀3套。(5)不銹鋼離心泵一臺(tái)，功率370VVSZD-37型。2 .裝置流程圖1231-清洗水儲(chǔ)罐；2-三通閥;3-KNO#罐;4-水槽;5-浮球閥;6-水泵;7-流量計(jì)；8-電磁閥；9-電導(dǎo)電極;10-釜;11-螺旋槳攪拌器；12-排放閥;13-攪拌馬達(dá)；14-管式反應(yīng)器；15-電導(dǎo)率儀；16-排液管；17-液位調(diào)節(jié)器；18-聯(lián)軸器；19-調(diào)速器；20-微機(jī)系統(tǒng)多釜串聯(lián)實(shí)驗(yàn)流程圖天大北洋2011.1.11四、操作步驟1.準(zhǔn)備工作(1)將飽和KNO3液體注入標(biāo)有KNO3的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi)，將水注入標(biāo)有H2O的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi)。(2)連接好入水管線，打開(kāi)自來(lái)水閥門(mén)

7、，使管路充滿(mǎn)水。(3)檢查電極導(dǎo)線連接是否正確。2 .操作(1)打開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟入水閥門(mén)，向水槽內(nèi)注水，將回流閥開(kāi)到最大，啟動(dòng)水泵，慢慢打開(kāi)進(jìn)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門(mén)(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(guò)三通閥選擇做多釜串聯(lián)返混或是管式反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)水流量維持在20-30升每小時(shí)之間的某值，直至各釜或直管反應(yīng)器充滿(mǎn)水，并能正常地從最后一級(jí)流出。(2)分別開(kāi)啟釜1、釜2、釜3攪拌馬達(dá)開(kāi)關(guān)，后再調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的旋鈕，使三釜攪拌速度一致(如選做直管反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)，以上步驟略去)。開(kāi)啟電磁閥開(kāi)關(guān)和電導(dǎo)儀總開(kāi)關(guān)，按電導(dǎo)率儀使用說(shuō)明書(shū)分別調(diào)節(jié)“調(diào)零”、調(diào)溫度和電極常數(shù)等。調(diào)整完畢，備用。

8、(電導(dǎo)儀的使用方法見(jiàn)該儀器使用說(shuō)明書(shū))(3)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)電源，在桌面上雙擊“多釜返混實(shí)驗(yàn)”圖標(biāo)，在主畫(huà)面上按下“實(shí)時(shí)采集”按鈕，調(diào)好坐標(biāo)數(shù)值，點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”，調(diào)節(jié)電磁閥開(kāi)合時(shí)間，一般為3-9秒，輸入操作員編號(hào)，點(diǎn)擊“確定”，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。(4)待測(cè)試結(jié)束，按下“結(jié)束實(shí)驗(yàn)”按鈕后，按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕保存數(shù)據(jù)文件。3 .停車(chē)(1)實(shí)驗(yàn)完畢，將實(shí)驗(yàn)柜上三通閥轉(zhuǎn)至“H2O”位置，將程序中“閥開(kāi)時(shí)問(wèn)”調(diào)到20秒左右，按“開(kāi)始”按鈕，沖洗電磁閥及管路。反復(fù)三、四次。否則KNO3會(huì)在電磁閥管路內(nèi)結(jié)晶造成堵塞。(2)關(guān)閉各水閥門(mén)、電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)多釜底或管式反應(yīng)器底部排水閥，將水排空。(3)退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉

9、計(jì)算機(jī)。五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到單管與三釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布曲線，這里的物理量-電導(dǎo)值L對(duì)應(yīng)了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法，在曲線上相同時(shí)間問(wèn)隔取點(diǎn)，一般可取20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)左右，再由公式(5),(7)分別計(jì)算出各一.-22_2_2-自的，和短,及無(wú)因次方差仃日。通過(guò)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，就可確定單管和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小。若采用微機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng),則可直接由電導(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(huà)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)。停留時(shí)間分布曲線圖與相應(yīng)數(shù)據(jù)均可方便地保存或打印輸出，減少了手工計(jì)算的工作量。六結(jié)果與討論(1)計(jì)算出單管與三釜系統(tǒng)的平均停留時(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?。?3)討論一下如何限制返混或加大返混程度。七、維護(hù)及故障處理1 .長(zhǎng)時(shí)間不用該儀器應(yīng)放置干燥的地方，還應(yīng)定期進(jìn)行儀器