浙大过程工程原理实验多釜串联流动特的测定.docx

专业： 化学工程与工艺 姓名： 学号： 日期： 地点： 西溪化学楼 实验报告课程名称： 化工专业实验 指导老师： 黄灵仙 成绩：_实验名称：多釜串联流动特性的测定 实验类型： 反应工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析七、讨论、心得装 订 线一、实验目的1观察了解多釜串联的流动特性，并与理想流型特性曲线作比较。2掌握用脉冲示踪法测定停留时间分布的实验方法及数据处理。3根据单个釜的流动特性推测四釜串联的理论流动特性，并与实际测量值进行比较。二、实验原理1对于等容积理想全混式多釜串联的流动，如用脉冲示踪法测定其出口浓度变化曲线，经过换算，可得到停留时间分布的密度函数E ( t )，即（1）（2）式中 N釜数 整个装置的平均停留时间，(= N(VR)i/ v)(VR)i 每一小釜的体积v 流体流量据式（1），（2）可计算一组理想全混式的流动，由于实验测定的是出口浓度变化曲线C ( t ) t，经下列关系换算，可得E ( t )或写成离散型函数及 （3）据式（3）可得一组实验测定E ( ) 曲线，可与图1（a）所得到的一组曲线进行拟合比较。 （a）理论值（b）实验值图1 多釜串联的停留时间分布曲线2计算实测分布曲线的均值（）和方差因为 由上式可计算的模型参数N（釜数）及，再与理论值进行比较。三、实验装置及仪器本装置由四个搅拌釜反应器组成，分别装备了不同类型的搅拌桨和挡板，每个搅拌釜反应器可独立操作，也可以串联操作。配套设别包括定量连续进料系统、示踪剂加料系统、搅拌控制系统、反应釜出口浓度检测系统，实验流程装置见下图2。1-示踪剂高位槽；2-水槽；3-蠕动泵；4-釜式反应器；5-搅拌电机；6-电导槽；7-电导仪；8-桨式搅拌器；9-锚式搅拌器；10，11-螺旋式搅拌器；1217-电磁阀图2 实验流程装置示意图P.03四、实验步骤利用分配到得实验序号和注册的用户名及密码在客户端上登录，并且点击开始实验，打开总电源，釜式反应器混合特性及流动模式实验研究的远程操作界面如图3所示。蠕动泵将储液槽中的水打入釜，从反应器上部流出，依次通过釜、釜、釜后排出。4个釜的体积均为1500ml，各自带有可调速的搅拌电机，分别控制每个釜的搅拌强度，每个釜出口液体浓度由电导仪测定。图3 釜式反应器混合特性研究远程实验操作界面（1）实验前先将电磁阀2#，3#，4#，5#，6#打开，排空四个釜内上次实验残留的液体，然后关闭阀门；（2）打开蠕动泵，设置流量为最大值，使四个釜充满（约15min），然后调整蠕动泵流量为设定值；（3）同时将4个搅拌电机的转速调到设定值，使其达到全混流，等待转速稳定； （4）打开阀门6，将可能残余在管路中的水排净；（5）关闭阀门6，打开阀门1，让示踪剂充满管路；（6）等釜出口液体的电导率恒定后（电导率比实验开始的时候有较大的变化，这是因为水的电导率比空气的电导率大），打开阀门2，向釜内脉冲注入示踪剂（4s），记下此时刻t；（7）脉冲示踪后，注意观察各电导率的读数，等待电导率4的曲线回至走平，此时可以认为4个釜内的示踪剂被替换完全；（8）在放大图上选择一区域，满足：开始时刻在t时刻附近，结束时刻在电导率曲线走平的时刻附近，在这样的一个区域内采集数据，并且将其组名保存为此转速下的电导率值；（9）停止搅拌桨，停止蠕动泵，将釜内的水排空，关闭电源，结束实验。五、实验数据记录和处理实验数据由计算机记录并保存，对保存后的数据进行以下处理。作出4个反应釜出口示踪剂电导率随时间变化的图线如（搅拌桨转速 200rpm）：2号釜4号釜3号釜1号釜图5.1 4个反应釜的L t 图线下面进行数学分析：（计算中浓度C以电导率L代替）对上述曲线分别积分得；平均停留时间，以上各步运算结果入下表所示：1号釜2号釜3号釜4号釜L01431.451201.211600.001625.75242.53388.73502.03604.67t265825.2672204.4675535.9583699.4521.11910.47780.29970.2289N0.8942.0933.3374.368E ( ) 曲线测定：1理论E ( )曲线：由分别画出N = 1，2，3，4时的理论曲线如下：N = 1N = 2N = 3N = 4图5.2 理论E() 曲线E=tEt=tC(t)1nCt由 , 得到实验中实际的E ( )曲线如下：4号釜3号釜2号釜1号釜图5.3 实验E() 曲线六、实验结果讨论由第一步数据分析所得的结果N来看，后三个反应釜的模型参数N都偏大，原因可能是因为后一段时间内釜内状况已经平衡，但由于从数据上反映出来的L-t关系还没有趋于稳定，故处理数据时没有删去最后的一段，从而导致了结果偏大。且实验时各搅拌桨的设定速度虽然一致，但实际操作时并不是恒定不变的，各釜之间有一定的差距，加上其他如计量泵等不稳定实验条件，测得的数据必定带有一定的偏差。通过对比实验E（）曲线和理论E（）曲线，发现1、2、3号釜的实验曲线与理论曲线较接近，而4号釜的曲线明显低于理论曲线，因此釜内壁安装挡板有利于料液流出。由于1、2、3号釜的曲线均与理论曲线相近，故不能看出哪种搅拌桨更有利于料液的流出。从第二步分析出的E ( )曲线可以看出曲线走向跟理论分析的状况基本一致，本次试验虽有一定偏差，但总体来说是成功的。七、思考题1脉冲示踪前怎样根据每个釜出口电导率的变化来判断釜内流体的情况？电导率的大小是釜出口料液示踪剂浓度的反映，当电导率达到稳定值不再变化时，表明此时釜内的液体已充满，流体流动正常，且上次实验中剩余的示踪剂已基本全部排出。2根据实验结果，你可以得到哪些结论？尚存在哪些问题？通过对比实验E（）曲线和理论E（）曲线，发现1、2、3号釜的实验曲线与理论曲线较接近，而4号釜的曲线明显低于理论曲线，因此釜内壁安装挡板有利于料液流出。由于1、2、3号釜的曲线均与理论曲线相近，故不能看出哪种搅拌桨更有利于料液的流出。3结合装置特点及操作条件，分析讨论实验值和理论值偏差的原因由第一步数据分析所得的结果N来看，后三个反应釜的模型参数N都偏大，原因可能是因为后一段时间内釜内状况已经平衡，但由于从数据上反映出来的L-t关系还没有趋于稳定，故处理数据时没有删去最后的一段，从而导致了结果偏大。且实验时各搅拌桨的设定速度虽然一致，但实际操作时并不是恒定不变的，各釜之间有一定的差距，加上其他如计量泵等不稳定，测得的数据必定带有一定的偏差。4设计采用阶跃示踪法测定装置的流动特性的实验方法，并定性画出各釜出口的浓度变化曲线。从某一时刻起，在入口出连续输入一定浓度、一定流速的示踪剂。测定出口示踪