三釜返混实验指导书.doc

三釜返混实验指导书 实验连续流动反应器中的返混测定 一、实验目的1.了解全混釜和多釜串联反应器的返混特性；2.掌握停留时间分布的测定方法；3.了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；4.了解模型参数n的物理意义及计算方法。 二、实验内容控制单釜和三釜系统相同的进口流量15升/小时，和相同的搅拌强度，用脉冲示踪法测定系统停留时间分布，并借助多釜串联模型度量系统的返混程度。 三、实验原理在连续流动釜式反应器中，激烈的搅拌使反应器内物料发生混合，反应器出口处的物料会返回流动与进口物料混合，这种空间上的反向流动就是返混，通常称为狭义上的返混。 在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。 返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。 然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。 停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。 当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量0M的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。 由停留时间分布密度函数的物理含义，可知()t()dttcMqdtEV?0=(10-43)()t?=00dtcqMV(10-42a)所以()()()tc()()dttctcdtqtcqtEVV?=00由此可见()tE与示踪剂浓度()tc成正比。 因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以饱和KCl作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。 在一定范围内，KCl浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即()()tLtE，这里()?=LLtLt，tL为t时刻的电导值，L为无示踪剂时电导值。 停留时间分布密度函数()tE在概率论中有二个特征值，平均停留时间（数学期望）t和方差2t。 ?t的表达式为()t()t()t?t=000dttEdtEdttE(10-47)采用离散形式表达，并取相同时间间隔,t则()()t()()t()()t()()ttLttLttctttcFtFttEtttEt?=?(10-48)2t的表达式为()()t()t202022ttdtEtdtEtt?=?=?(10-50)也用离散形式表达，并取相同t，则()()t()()t()()t()()t222222222tttLttLtttcttcttFtFtttEttEt?=?=?=?=(10-51)若用无因次对比时间来表示，即tt，(10-44)无因次方差22t2t。 (10-52)在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评介其返混程度，则需要用反应器模型来描述，这里我们采用的是多釜串联模型。 所谓多釜串联模型是将一个实际反应器中的返混情况作为与若干个全混釜串联时的返混程度等效。 这里的若干个全混釜个数n是虚拟值，并不代表反应器个数，n称为模型参数。 多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以推导得到多釜串联反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差2与模型参数n存在关系为21=N(10-62)当1=N，12=，为全混釜特征；当N，02，为平推流特征；分析方法示踪剂KCL是强电介质，实验中通过测定溶液电导率变化来检测示踪剂浓度变化，从而显示其停留时间。 这里n是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。 四、实验流程与装置实验装置由单釜与三釜串联二个系统组成。 三釜串联反应器中每个釜的体积为1L，单釜反应器体积为3L，用可控硅直流调速装置调速。 实验时，水分别从二个转子流量计流入二个系统，稳定后在二个系统的入口处分别快速注入示踪剂，由每个反应釜出口处电导电极检测示踪剂浓度变化，并显示在电导仪上。 电导仪输出的毫伏信号经电缆进入A/D卡，A/D卡将模拟信号转换成数字信号，由计算机集中采集、显示并记录，实验结束后，计算机可将实验数据及计算结果储存或打印出来。 五、实验方法及步骤1.通水，开启水开关，让水注满反应釜，调节进水流量为15L/H，保持流量稳定。 2.通电，开启电源开关。 打开计算机数据采集系统，设定参数值，通过点击图形区域可进行“单釜”“三釜”显示页间的切换；开电导仪，调整好，以备测量；开动搅拌器，搅拌转速决定了混合状态，单釜应控制在150转/分（rpm）左右，三釜控制在300rpm左右。 3.调节流量稳定后注入示踪剂饱和KCL溶液,同时按数据采集系统的“开始”键。 整个操作过程中注意控制流量；为便于观察，示踪剂中加入了颜料，示踪剂要求一次迅速注入；抽取时勿吸入底层晶体，以免堵塞，若遇针头堵塞，不可强行推入，应拔出后重新操作；一旦失误，应等示踪剂出峰全部走平后，再重做，或在老师指导下，把水放尽，置换清水后重做。 4.当计算机信号线显示的电导值在2min内觉察不到变化时，即认为到达终点，按“结束”键，同时保存并打印结果。 5.关闭仪器，电源，水源，排清釜中的料液，实验结束。 三釜停留时间在线测定软件操作方法打开电脑，双击三釜测定.EXE文件，进入以下窗体该界面采用Splash屏幕，在经过数秒延迟后，装入主窗体（mainform）:在单釜和三釜的“进水量Q=”和“转速N=”对话框中分别输入当时的值。 在实验中根据实际需要可同时进行单釜和三釜的操作，将单釜及三釜的操作置于同一窗体中。 准备进入到下一级窗体有两种途径一种是点击“继续”；另一种是单击主窗体中的图象框。 当鼠标移至图象框范围内，其背景色会发生变化，起提示作用，此时单击即可进入采样界面。 下面以三釜为例进入三釜采样界面后，首先在时间选择框中输入所需的时间（一般时间设在50分钟），在系统稳定后，再用鼠标点击“开始”按钮，同时快速在注射口用注射器注入5ml的KCL示踪剂至系统中，窗体中的图象框中会显示出来停留时间密度分布曲线。 在采样结束后，可选取文件菜单中的“存盘”和“打印”功能，或选择“计算结果显示”，则出现一个小窗体可给出平均停留时间、方差、无因次方差和釜数这四个主要参数。 实验结束后，返回主窗体，退出实验。 六、实验数据1.选择一组实验数据，用离散方法计算平均停留时间、方差，从而计算无因次方差和模型参数，要求写清计算步