实验九多釜串联反应器停留时间分布测定实验.docx

实验九多釜串联反应器停留时间分布测定实验化工根底试验试验九 多釜串联反响器停留时间分布测定试验一、目的1．利用电导率测定单釜及三釜串联液相反响器停留时间分布密度函数及多釜串联流淌模型的关系2．驾驭停留时间分布的统计特征值的计算方法3．学会用志向反响器串联模型来描述试验系统的流淌特性 4．了解微机系统数据采集的方法 二、装置与流程本试验装置为浙江中控科教仪器设备有限公司的产品，见图1反响器为有机玻璃制成的搅拌釜，其中1010mL搅拌釜3个；3000 mL搅拌釜1个；搅拌方式为叶轮搅拌；供分别进展单釜、三釜串联停留时间的试验测定釜内搅拌器由直流电机经端面磁驱动器间接驱动，并由转速调整仪进展调控和测速 主流流体(水)例子水槽，经水泵加压，用阀1、阀2调整，流量计计量流量，参加单釜或第1釜顶部，再由釜底排出或进入第2釜，逐级下流，由第3釜釜底排出流进下水道示踪剂可依须要，分别由各釜釜顶注入口注入 单釜反响器设有单独的主流量限制阀阀1和示踪剂电磁限制阀 三釜串联反响器同样设有单独主流量控制阀阀2和示踪剂电磁限制阀试验用的示踪剂为KCI或 KNO3的饱和溶液，通过电磁阀瞬时注入反响器，示踪剂在不同时刻浓度C 的由设在各釜底部排出管处的铂电极检测，铂电极在图1中未示出。

铂电极即是电导率仪的传感器，当含有KCI或 KNO3的水溶液通过安装在釜内液相出口处铂电极时，电导率仪将浓度C 转化为毫伏级的直流电压信号，该信号经放大器与A/D转化卡处理后，由模拟信号转换为数字信号代表浓度C 的数字信号由微机内用预先输入的程序进展数据采集记录和处理，并且形成相应的试验原始数据文件，供拷贝或用打印机输出数据采集原理方框图见图2试验试剂：主流体：自来水 示踪剂：KCl或KNO3饱和溶液 1图1 多釜串联反响器停留时间分布测定试验流程图化工根底试验 图2 数据采集原理方框图 三、根本原理1．停留时间分布密度函数E 、停留时间分布函数F 测定方法本试验停留时间分布测定所采纳示踪响应法原理是：在反响器入口用电磁阀限制的方式参加必须量的示踪剂KCl或KNO3，通过电导率仪测量反响器出口处水溶液电导率的改变，间接的描述反响器流体的停留时间示踪剂参加方式有脉冲输入、阶跃输入和周期输入等，本试验采纳脉冲输入法的参加方式脉冲输入法是指在极短的时间内〔0.1～数秒〕，将示踪剂从反响器的入口注入流淌的主流体中，在不影响主流体流淌特性的状况下随之进入反响器，与此同时，检测随意时刻 从反响器出口流出示踪剂的浓度C ，从而得到示踪剂浓度C 随时间 改变的关系。

在反响器出口处测得的示踪计浓度C 在时间 的关系曲线叫响应曲线依据停留时间分布密度函数的物理意义及概率论学问，停留时间分布密度函数E 是一种概率分布密度，因此E d 就代表了流体粒子在反响器内停留时间介于 d 间的概率由响应曲线可以计算出E 与时间 的关系，并绘出E － 关系曲线 详细计算方法是对反响器作示踪剂的物料衡算，即qV C d mE( )d 〔1〕式中qV表示主流体的流量，m为示踪剂的参加量，示踪剂的参加量可以用下式计算： m qV C( )d 〔2〕 在主流量恒定，即qV值不变的状况下，由〔1〕式和〔2〕式求出停留时间分布密度函数E ，并写成离散形式：E( )C( ) C( )d C( i)〔3〕C( i) C i化工根底试验由此可见E 与示踪剂浓度C 成正比当在反响器出口测定的不是示踪剂的浓度，而是其他物理量，如电导率、毫伏信号等，只要这些物理量和浓度呈线性关系，就可以将这些物理量的值干脆代入式〔3〕进展计算，其结果和与用浓度计算的一样。

当这些物理量和浓度不呈线性关系时，须要依据这些物理量与浓度的关系将其值转化为浓度值，然后进展计算本试验采纳电导仪测定反响器出口示踪剂的电导率，电导率与浓度呈线性关系，因此可以干脆把电导率试验数据代入式〔3〕计算停留时间分布的另一个统计函数是停留时间分布函数F ，计算公式为：F( ) E( )d 〔4〕 用停留时间分布密度函数E 和停留时间分布函数F 来描述系统的停留时间，给出了很好的统计分布规律2．平均停留时间、方差 2、模型参数N的计算方法停留时间分布密度函数E 在概率论中有两个特征值：数学期望和方差 2，可用来比拟不同停留时间分布之间的差异数学期望对停留时间分布而言即是平均停留时间，计算式为： E( )d E( )d 〔5〕 E( )d 0 为便于从试验数据计算，平均停留时间计算式〔5〕改用离散形式表达，并取一样时间间隔 ，那么： E( ) E( )iiiii〔6〕方差 t2是和志向反响器模型关系亲密的参数，计算式是： 2 ( )2E( )d E( )d ( )2E( )d 〔7〕 时间间隔 一样其离散形式表达式为： 2 i E( i) i 2iE() i E( ) E( )2iiiii 2 〔8〕 化工根底试验对活塞流反响器 2＝0； 而对全混流反响器 2 2；对介于上述两种志向反响器之间的非志向反响器可以用多釜串联模型描述，通过物料衡算可导出多釜串联模型停留时间分布密度的数学表达式，即1NN N 1 E( ) () e 〔9〕(N 1)!联立式〔7〕、〔9〕解得N2N 2 〔10〕 因此多釜串联模型中的模型参数N可以由试验数据处理得到的、 2来计算。

当N为整数时，代表该非志向流淌反响器可用N个等体积的全混流反响器的串联来建立模型当N为非整数时，可以用四舍五入的方法近似处理，也可以模拟为不等体积的全混流反响器串联模型由模型参数N的数值可检测志向流淌反响器和度量非志向流淌反响器的返混程度当试验测得模型参数N值与实际反响器的釜数相近时，那么该反响器接近了志向的全混流模型，反之那么偏离假设实际反响器的流淌状况偏离了志向流淌模型，那么可用多级全混流模型来模拟其返混状况，用其模型参数N值来定量表征返混程度 四、操作要点 1．检查试验装置上方的示踪剂罐的存液量状况；假设存液缺乏，需配制KNO3饱和溶液，注于试验装置上方的示踪剂瓶内，打算妥当后那么翻开示踪剂调整阀2．启动计算机，将电脑硬盘D：\新化工原理试验\书目下的文件“化工原理数据库”删除或改名，以防止试验过程自动生成的试验数据文件覆盖上一组文件3．合上操作面板电源开关，启动水泵；全开单釜、多釜进水阀，全关反响釜下方的排空阀，往釜中加水入进展清洗、排放；完毕，关闭反响釜下方的排空阀，分别操作单釜、多釜进水阀，调整必须的水流量进入釜中，直至注满反响釜后在250-500转/分转速值范围调整各搅拌釜的转速。

各试验小组应先确定不同的转速值以示区分；确定转速值后，最终尽量使各搅拌釜转速根本一样4．双击电脑桌面的“多釜串联反响试验”文件名，进入MCGS 5.5通用版组态软件数据采集平台；然后点击MCGS 5.5菜单“文件”下的“进入运行环境F5”，当提示填入学号、装置号、批号时，只填学号其它不填；选择单釜或多釜试验工程；进入反响釜电导率实时曲线动态图及相关按钮的界面 5．单釜停留时间密度函数测定工程：〔1〕点击“进入运行环境F5”后选择单釜试验，电脑桌面将出现单釜电导率实时曲线动态图及相关按钮的界面〔2〕用单釜流量限制阀调整进釜水量调至40L/h左右；各试验小组应尽量取互不一样的流化工根底试验量值〔3〕键入单釜试验画面内的有关试验参数延迟时间：不填采样次数：填400-600 物料流量：填入流量计流量，各试验小组从25L/h起先取值，然后按先后递增2～5L/h 搅拌转速：填反响釜转速，各试验小组从230转/分起先取值，然后按先后递增10转/分填完参数后，点击“确定”按钮起先试验，电脑程序起先自动采集电导率试验数据 〔4〕待屏幕上电导率浓度曲线走水平后，把鼠标移至并且始终保持在“注入盐溶液”按钮上，按住鼠标左键于“注入盐溶液”按钮上不放松；这时示踪剂电磁阀翻开，往釜参加硝酸钾饱和溶液示踪剂，屏幕上的电导率曲线将快速上升，当曲线升至1500μS/cm〔微西门子/厘米〕刻度线松开鼠标左键，停加示踪剂。

〔5〕在电脑上注入或者停注示踪剂，应留意视察反响釜示踪剂出口管状况，判定示踪剂电磁阀是否有相关的“开”或“停”动作；假设没有相应的动作，可手工操作示踪剂总阀予以补救〔6〕电导率浓度曲线从峰值拐头向下重新走水平后，按屏幕上“退出试验”按钮，完毕单釜试验6．多釜串联停留时间密度函数测定工程：〔1〕退出单釜试验，点击多釜试验，转入多釜停留时间测定试验工程和试验数据自动采集 〔2〕用多釜流量限制阀调整进釜水量调至30L/h左右；各试验小组应尽量取互不一样的流量值，以示区分〔3〕—〔6〕项同5．单釜试验操作7．拷贝试验数据电脑硬盘D：\多釜串联\新化工原理试验\书目下的文件即是程序自动生成的试验采集数据文件，可用微软数据库或excel程序翻开，或转成为微软电子表格文件；在注明该条件下反响釜的流量、转速后拷贝假设无U盘，各试验小组只允许打印一份原始数据，供作原始数据复印的母本；同时还应在记录纸上注明该条件下反响釜的流量、转速留意拷贝后要在试验数据文件名和文件内写上本试验小组的学号、名字，按班别保存在电脑相应的文件夹里，供老师备查五、试验报告要求1．列全试验同组同学名单；附上原始试验数据 2．分别用式〔3〕、〔7〕、〔8〕计算出单釜与三釜系统釜1、釜2、釜3的停留时间分布密度函数E 、平均停留时间、方差 2。

3．用式〔10〕分别计算各釜的模型参数N数据处理需列出所用的计算公式，及计算过程举例，计算过程要具体、清晰；试验数据处理说明及提示：引荐运用excel〔电子表格〕处理试验数据本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第12页 共12页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页。