基于rd曲线的多流中间包内流体流动分析

基于rd曲线的多流中间包内流体流动分析

1多流中间包内流体流动模式研究中间包内的流畅流行为是中间包金银的基础。利用行程分布曲线（rtd曲线）分析中间包内的流畅流模型是中包物理模拟的重要分析方法。中包内流的流动模型通常用于分析中间包内的流量分布，以获得中间包内的活流、混合流和死区的体积分数。这是优化中间包内流装置的重要依据。研究多流中间包内流体流动特征时,大多数研究者运用单流中间包内流体特征分析模型,分析中间包内各流的RTD曲线,得到各流的平均停留时间和流动模式,从每一流的角度来分析整个多流中间包内的流体流动特征.受几何形状和操作参数的影响,多流中间包各流流动并不均衡.所以各流的流动特征不能准确地反映多流中间包整体的流动模式.王建军等把各流的响应曲线综合到一个关系式中来计算中间包内流体的流动模式,但没有考虑死区是缓慢流动的实际情况.郑淑国等将多流中间包内流体流动模式的体积分数认为是各流相关参数的平均值,忽略了各流之间的相互影响.针对这些情况,本工作根据冶金反应工程学理论,提出了联合RTD曲线的概念,推导了分析多流中间包内流体流动模式的新方法.该分析方法不仅避免了用各流的流动状况描述整个多流中间包内流动特征,而且考虑死区流动的实际情况,用修正组合模型分析流动模式.此外,还从整体上对多流中间包平均停留时间作出新的解释.2联合rtd曲线停留时间分布密度函数E(t)的定义为出口流体中,停留时间满足t1<t<t2的流体所占的分率.或者说,E(t)dt是同一时刻进入反应器的流体总量中,停留时间为t到t+dt的那部分流体所占分率.对于多流中间包此时的E(t)曲线综合考虑了各个出口示踪剂的停留时间情况,将其定义为联合RTD曲线.已知理论平均停留时间τ=VR/Q,无因次时间θ=t/τ,则无因次化的E曲线为根据Sahai等提出的修正组合模型,停留时间超过2τ的流体是进入死区的,死区内流体流量Qd≠0,Q-Qa+Qd,则式中E为联合RTD曲线.3.流体整体停留时间对于连续变量系统,平均停留时间定义为对于多流中间包,其中的E(t)为联合RTD曲线,将式(2)代入式(11)得流体整体停留时间设从各流流出的示踪剂在中间包内的停留时间分布函数为则从各流流出的示踪剂在中间包内的平均停留时间为则由式(15),多流中间包内流体整体平均停留时间可以理解为各流流出流体平均停留时间的加权平均和,权重为各流流出示踪剂的量占示踪剂总量的分率.4模拟实验4.1rtd、温度采集系统通过物理模拟实验来优化某厂六流中间包内的控流装置安装方式.根据Fr相等,建立与原型几何相似比为1:4的物理模型装置,如图1所示,从左到右各出口依次为1流至6流.中间包模型用有机玻璃制成,水为模化介质.其中,RTD系统由数据采集卡812pg和电导仪组成,温度采集系统由热电偶、巡检仪及重庆大学研发的DASW采集软件组成.4.2中间包液位的测量实验在拉速为0.8m/min的条件下进行,根据相似比计算得到模型总流量0.960m3/h,各流流量为160L/h,模型中间包的工作液位为250mm,长水口插入深度为30mm.实验过程中,在保持进出口流量和中间包液位稳定的情况下,随大包注流瞬时加入一定浓度的食盐水溶液,在对称的3个出口处,用电导电极测定水溶液电导率的变化,并用计算机采集数据,测得的电导率随时间的变化曲线.4.3包内流体停留时间分布在中间包内设置5种控流装置方案.以方案2的控流装置为例,测得的中间包内流体流动的浓度曲线如图2所示,中间包内流体停留时间分布的联合RTD曲线如图3所示.根据式(5)可以计算出中间包内Qa/Q为0.8,因此Qd/Q为0.2.根据式(8),(9)和(10),可以计算出中间包内流体流动的模式,死区、活塞流和全混流的体积分率分别为0.45,0.22和0.33.根据式(15)可以计算出流体在中间包内的平均停留时间为327s.5考虑死区流体流动的影响应用联合RTD曲线常用的分析方法,得到不同控流方案时中间包内流体流动模式,如表1所示.由表1可知,采用该方法计算所得中间包内平均停留时间与用求平均方法获得的平均停留时间误差在3%内.而在计算中间包内死区时,不考虑死区流体的流动将会使计算结果产生较大偏差.当Qd/Q增大到0.29时,死区的计算误差可以达到45%.从表1和式(8)可知,当Qd/Q的值逐渐变大时,也就是说,死区内缓慢流动的流体流量增大时,两种模型计算的差距越来越大.由于死区内的流体与中间包内的活性流体进行缓慢的相互交换,运用联合RTD曲线分析计算多流中间包内流体流动模式,能够更真实地反映中间包内实际流动状况,为优化多流中间包内控流装置提供更可靠的理论依据.6流体整体停留时间计算方法(1)多流中间包内流体的停留时间分布可用联合RTD曲线进行描述,将其运用到修正组合模型,形成了多流中间包内流体流动的联合RTD曲线分析方法.(2)多流中间包内流体整体停留时间可以理解为从各流流出流体平均停留时间的加权平均和,权重为各流流出示踪剂