管式循环反应器流动特性测定实验报告.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划管式循环反应器流动特性测定实验报告　　管式反应器流动特性测定装置　　实验指导书　　第1页共9页　　管式反应器流动特性测定实验　　一．实验目的　　１.了解连续均相管式循环反应器的返混特性；　　２.分析观察连续均相管式循环反应器的流动特征；　　３.研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n　　二、实验原理及要点　　在工业生产上，对某些反应为了控制反应物的合适浓度，以便控制温度、转化率和收率，同时需要使物料在反应器内由足够的停留时间，并具有一定的线速度，而将反应物的一部分物料返回到反应器进口，使其与新鲜的物料混合再进入反应器进行反应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对于这种反应器循环与返混之间的关系，需要通过实验来测定　　在连续均相管式循环反应器中，若循环流量等于零，则反应器的返混程度与平推流反应器相近，由于管内流体的速度分布和扩散，会造成较小的返混若有循环操作，则反应器出口的流体被强制返回反应器入口，也就是返混返混程度的大小与循环流量有关，通常定义循环比R为：　　R?循环物料的体积流量　　离开反应器物料的体积流量　　其中，离开反应器物料的体积流量就等于进料的体积流量　　循环比R是连续均相管式循环反应器的重要特征，可自零变至无穷大。

　　当R=0时，相当于平推流管式反应器；　　当R=∞时，相当于全混流反应器　　因此，对于连续均相管式循环反应器，可以通过调节循环比R，得到不同返混程度的反应系统一般情况下，循环比大于20时，系统的返混特性已经非常接近全混流反应器　　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，　　第2页共9页　　在系统的入口处瞬间注入一定量Q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　　f?t?dt?V?C?t?dtQ　　Q???　　0VC?t?dt　　?C?t?所以f?t??VC?t?　　?VC?t?dt0??C?t?dt0?　　由于电导率与浓度之间存性关系，故可以直接对电导率进行复化辛普森积分，其公式如下：??n?1n?1?h?f(t)dt??f(a)?4?f(x1)?2?f(xk)?f(b)?　　k?6?k?0k?12?0　　其中，h—为所记录数据的总时间；　　n—为所要处理的数据个数；　　a—为第一组数据；　　b—为最后一组数据；　　由此可见f?t?与示踪剂浓度C?t?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，浓度KCl与电导值成　　L正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即f?t??L?t?，这里L?t??Lt?L?，t　　为t时刻的电导值，L∞为无示踪剂时电导值　　由实验测定的停留时间分布密度函数f?t?，有两个重要的特征值，即平均停留时间t和方差?t2，可由实验数据计算得到若用离散形式表达，并取相同时间间隔?t,则：　　??　　?　　t??tC?t??t　　?C?t??t??t?L?t?　　?L?t?t??0　　?tC(t)dt?C(t)dt?0?tL(t)dt?L(t)dt?　　?0???0tL(t)dt0?2　　t???0tC?t?dt2　　??　　0C?t?dt????2?0tC?t?dt?22???0tL?t?dt?22　　若用无因次对比时间?　　来表示，即?＝t，　　第3页共9页　　无因次方差??2＝?t22　　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：　　n?1　　?2　　??2?t2　　三、装置与流程　　管式反应器流动特性实验工艺流程图　　本实验装置由管式反应器和循环系统组成，连续流动物料为水，示踪剂为食盐水实验时，水从水箱用进料泵往上输送，经进料流量计测量流量后，进入管式反应器，在反应　　第4页共9页　　器顶部分为两路，一路到循环泵经循环流量记测量流量后进入反应器，一路经电导仪测量电导后排入地沟待系统稳定后，食盐从盐水池通过电磁阀快速进入反应器　　实验仪器　　反应器为有机玻璃制成管式反应器１个　　DDS－11C型电导率仪１个　　LZB型转子流量计：　　进料：～25L/h1个　　循环：16～160L/h1个　　DF2－3电磁阀1个　　磁力驱动泵MP-20RZ２个　　实验试剂：　　主流体自来水　　示踪剂/L食盐溶液　　四、实验准备工作　　1.药品　　/L食盐溶液：称量5g食盐到500ml水中，玻璃棒搅拌，使其溶解即可。

　　2.实验准备工作　　熟悉流量计、循环泵的操作　　熟悉进样操作，可抽清水模拟操作　　熟悉“管式循环反应器”数据采集系统的操作，开始→结束→保存→打印　　熟悉EPSON-1600K打印机操作，开启→装一页A4纸→进纸键→联机键→打印　　五、实验操作指导　　1．实验内容和要求　　⑴实验内容用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布；　　改变循环比，确定不同循环比下的系统返混程度；　　观察循环反应器的流动特征⑵实验要求　　第5页共9页　　实验一流体流动阻力的测定　　摘要：通过实验测定流体在光滑管、粗糙管、层流管中流动时，借助于伯努利方程计算摩擦阻力系数和雷诺数之间的关系，并与理论值相比较同时以实验手段计算突然扩大处的局部阻力，并对以上数据加以分析，得出结论　　一、目的及任务　　1.掌握测定流体流动阻力的实验的一般实验方法　　2.测定直管的摩擦阻力系数?及突然扩大管和阀门的局部阻力系数?3.测定层流管的摩擦阻力　　4.验证湍流区内摩擦阻力系数?与雷诺数Re和相对粗糙度的函数5.将所得的光滑管的?-Re方程与Blasius方程相比较　　二、基本原理　　1.直管摩擦阻力　　不可压缩流体，在圆形直管中做稳定流动时，由于黏性和涡流的作用产生摩擦阻力；流体在突然扩大、弯头等管件时，由于流体运动速度和方向的突然变化，产生局部阻力。

影响流体阻力的因素较多，在工程上采用量纲分析方法简化实验，得到在一定条件下具有普遍意义的结果，其方法如下　　流体流动阻力与流体的性质，流体流经处几何尺寸以及流动状态有光，可表示为　　?p=f　　引入下列无量纲数群　　雷诺数Re=　　du?　　?　　?dl　　管子的长径比　　d　　相对粗糙度　　从而得到　　?pdu??l　　??(,,)　　?dd?u2　　令?=?d　　?p　　l?u2??(Re,)?dd2　　可得摩擦阻力系数与压头损失之间的关系，这种关系可用实验方法直接测定　　lu2　　hf????　　?d2　　?p　　式中hf——直管阻力，J/Kg；　　l——被测管长，m；　　d——被测管内径，m；u——平均流速，m/s；?——摩擦阻力系数　　当流体在一管径为d的圆形管中流动时，选取两个截面，用U形压差计测出这两个截面间的静压强差，即为流体流过两截面间的流动阻力根据伯努利方程找出静压强差和摩擦阻力系数的关系式，即可求出摩擦阻力系数改变流速可测出不同Re下的摩擦阻力系数，这样就可得出某一相对粗糙度下管子的?-Re关系⑴湍流区的摩擦阻力系数在湍流区内?=f对于光滑管，大量实验证明，当Re在3?10~10范围内，d　　?=/　　?与Re的关系遵循Blasius关系式，即　　对于粗糙管，?与Re的关系均以图来表示。

⑵层流的摩擦阻力系数　　??　　2.局部阻力　　64Re　　u2　　hf??　　2　　式中，?为局部阻力系数，其与流体流过的几何形状及流体的Re有关，当Re大到一定值后，?与Re无关，成为定值　　三、装置与流程　　本实验管道水平安装，实验用水循环使用其中，1管为层流管，管内径，两测压点之间距离为1m；2管为内径的不锈钢管，两测压点之间距离为；3管为内径的镀锌钢管，直管阻力两测压点之间距离为；4管为突然扩大管，管子由内径扩大到内径为；测压计统一使用电子测压计；一组切换阀；总管安装流量计　　四、操作要点　　1.启动离心泵，打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关　　阀和切换阀，保证测压点一一对应　　2.系统要排净气体使流体连续流动设备和测压线中的气体都要排尽，检验是否排尽的方法是当流量为0时，观察流量计是否为零　　3.读取数据时，应注意稳定后再读数测定直管摩擦阻力时，流量由大到小，充分利用面板量程测量10组数据，然后再由小到大测取几组数据以检查数据的重复性测定突然扩大管时，测取3组数据层流管的流量用秒表与量筒测取　　4.测完一根管的数据后，应将流量调节阀关闭，观察流量计是否为零，是才能更换另一条管路，否则数据全部失效。

同时要了解各种阀门的特点，学会使用阀门，注意阀门的切换，同时要关严，防止内漏　　五、实验数据及处理　　以第一组为例　　在整个过程中，取温度平均值T=并视为不变，由此查表用内插法求得ρ=/m3，μ=　　o　　u=　　qv12?d4　　=　　??　　=/s　　Re=　　???　　==?3　　?10?　　?p　　lu2　　根据伯努利方程：????　　?d2求得??　　?p?　　??2????　　?　　根据Blasius关系式：?=/=/()=　　?计算-?理论?　　?100%??%偏差=?100%?　　?理论　　分析结论：由图可以看出，光滑管中λ随雷诺数的增大而减小实验测定值和理　　论值偏差不是很大　　以第一组为例　　在整个过程中，取温度平均值T=并视为不变，由此查表用内插法求得ρ　　o　　=/m3，μ=　　qvu===/s121?d??=　　???　　==?3　　?10?　　?p　　lu2　　根据伯努利方程：????　　?d2求得??　　?p?　　??2????　　?　　分析结论：由图可以看出，无论光滑管还是粗糙管，其摩擦阻力系数都随雷诺数的增大而减小并且，同一雷诺数时，相对粗糙度越小所对应的摩擦阻力系数也越小。

　　1.实验目的　　1.了解连续均相管式循环反应器的返混特性；　　2.掌握利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法；3.分析观察连续均相管式循环反应器的流动特性；4.研究不同循环比下的返混程度，计算模型参数n；5.用脉冲示踪法测定循环反应器停留时间分布；6.改变循环比，确定不同循环比下。