1、多釜串聯(lián)反響器及管式反響器返混測(cè)定實(shí)驗(yàn)多釜串聯(lián)返混實(shí)驗(yàn)裝置是測(cè)定帶攪拌器的釜式液相反響器中物料返混情況的一種設(shè)備,它對(duì)加深了解釜式反響器的特性是最好的實(shí)驗(yàn)手段之一.通常是在固定攪拌馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)和液體流量的條件下,參加示蹤劑,由各級(jí)反響釜流出口測(cè)定示蹤劑濃度隨時(shí)間變化曲線,再通過(guò)數(shù)據(jù)處理得以證實(shí)返混對(duì)釜式反響器的影響,并能通過(guò)計(jì)算機(jī)得到停留時(shí)間分布密度函數(shù)及多釜串聯(lián)流動(dòng)模型的關(guān)系.此外,也可通過(guò)其它種類反響器進(jìn)行比照實(shí)驗(yàn),進(jìn)而更深刻的理解各種反響器的特性.本實(shí)驗(yàn)通過(guò)管式反響器與三釜串聯(lián)反響器中停留時(shí)間分布的測(cè)定,將數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果用多釜串聯(lián)模型來(lái)定量返混程度,從而熟悉限制返混的舉措.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌

2、握停留時(shí)間分布的測(cè)定方法.(2) 了解停留時(shí)間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系.(3) 了解模型參數(shù)n的物理意義及計(jì)算方法.、實(shí)驗(yàn)原理在連續(xù)流動(dòng)的反響器內(nèi),不同停留時(shí)間的物料之間的混和稱為返混.返混程度的大小,一般很難直接測(cè)定,通常是利用物料停留時(shí)間分布的測(cè)定來(lái)研究.物料在反響器內(nèi)的停留時(shí)間完全是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程,須用概率分布方法來(lái)定量描述.所用的概率分布函數(shù)為停留時(shí)間分布密度函數(shù)f和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t).停留時(shí)間分布密度函數(shù)f(t)的物理意義是：同時(shí)進(jìn)入的N個(gè)流體粒子中,停留時(shí)間介于t到t+dt間的流體粒子所占的分率dN/N為f(t)dt.停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)物理意義是：流過(guò)系統(tǒng)的物料中停留時(shí)間

3、小于t的物料的分率.停留時(shí)間分布的測(cè)定方法有脈沖法,階躍法等,常用的是脈沖法.當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后,在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量Q的示蹤物料,同時(shí)開始在出口流體中檢測(cè)示蹤物料的濃度變化.由停留時(shí)間分布密度函數(shù)的物理含義,可知ftdt=VCtdtQqQQ=0VCtdt(2)VCtCt所以/tdt0ct出(3)由此可見ft巧示蹤劑濃度Ct成正比.因此,本實(shí)驗(yàn)中用水作為連續(xù)流動(dòng)的物料,以飽和KNO示蹤劑,在反響器出口處檢測(cè)溶液電導(dǎo)值.在一定范圍內(nèi),KNO濃度與電導(dǎo)值成正比,那么可用電導(dǎo)值來(lái)表達(dá)物料的停留時(shí)間變化關(guān)系0停留時(shí)間分布密度函數(shù)ft麻概率論中有二個(gè)特征值,平均停留時(shí)間數(shù)學(xué)-2-期望t和方差5.t

4、的表達(dá)式為:-二0tCtdtt=0tftdt=-°Ct出采用離散形式表達(dá),并取相同時(shí)間問(wèn)隔-三tCt.：t三tLtt=ZCt.：tZLt(5)_25的表達(dá)式為:=;t-f2ftdt=.0t2ftdt-f2(6)也用離散形式表達(dá),并取相同N,那么:二t2三t2Ct2I："2假設(shè)用無(wú)因次比照時(shí)間9來(lái)表示,即9=tt,22.2無(wú)因次方差13t/1.在測(cè)定了一個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布后,如何來(lái)評(píng)介其返混程度,那么需要用反應(yīng)器模型來(lái)描述,這里采用多釜串聯(lián)模型所謂多釜串聯(lián)模型是將一個(gè)實(shí)際反響器中的返混情況作為與假設(shè)干個(gè)全混釜串聯(lián)時(shí)的返混程度等效.這里的假設(shè)干個(gè)全混釜個(gè)數(shù)n是虛擬值,并不代表

5、反響器個(gè)數(shù),n稱為模型參數(shù).多釜串聯(lián)模型假定每個(gè)反響器為全混釜,反響器之間無(wú)返混,每個(gè)全混釜體積相同,那么可以推導(dǎo)得到多釜串聯(lián)反響器的停留時(shí)間分布函_2數(shù)關(guān)系,并得到無(wú)因次方差仃日與模型參數(shù)n存在關(guān)系為1n=2二1(8)2.2c當(dāng)n=1,ae=1,為全混釜特征；當(dāng)nTg,仃eT.,為平推流特征；這里n是模型參數(shù),是個(gè)虛擬釜數(shù),并不限于整數(shù).三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置由管式反響器與三釜串聯(lián)反響器二個(gè)系統(tǒng)組成.實(shí)驗(yàn)時(shí),水分別從二個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)流入二個(gè)系統(tǒng),穩(wěn)定后在二個(gè)系統(tǒng)的入口處分別快速注入示蹤劑,由反響釜出口處電導(dǎo)電極檢測(cè)示蹤劑濃度變化,并由記錄儀自動(dòng)錄下來(lái).1 .技術(shù)指標(biāo)(1)釜式反響器1L,3

6、個(gè).(2)管式反響器,1個(gè).(3)液體(水)流量660升/時(shí).(4)數(shù)字電導(dǎo)率儀3套.(5)不銹鋼離心泵一臺(tái),功率370VVSZD-37型.2 .裝置流程圖1231-清洗水儲(chǔ)罐；2-三通閥;3-KNO#罐;4-水槽;5-浮球閥;6-水泵;7-流量計(jì)；8-電磁閥；9-電導(dǎo)電極;10-釜;11-螺旋槳攪拌器；12-排放閥;13-攪拌馬達(dá)；14-管式反響器；15-電導(dǎo)率儀；16-排液管；17-液位調(diào)節(jié)器；18-聯(lián)軸器；19-調(diào)速器；20-微機(jī)系統(tǒng)多釜串聯(lián)實(shí)驗(yàn)流程圖天大北洋2021.1.11四、操作步驟1.準(zhǔn)備工作(1)將飽和KNO3液體注入標(biāo)有KNO3的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi),將水注入標(biāo)有H2O的儲(chǔ)瓶?jī)?nèi).(2)連接

7、好入水管線,翻開自來(lái)水閥門,使管路充滿水.(3)檢查電極導(dǎo)線連接是否正確.2 .操作(1)翻開總電源開關(guān),開啟入水閥門,向水槽內(nèi)注水,將回流閥開到最大,啟動(dòng)水泵,慢慢翻開進(jìn)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門(注意！初次通水必須排凈管路中的所有氣泡,特別是死角處).通過(guò)三通閥選擇做多釜串聯(lián)返混或是管式反響器實(shí)驗(yàn),調(diào)節(jié)水流量維持在20-30升每小時(shí)之間的某值,直至各釜或直管反響器充滿水,并能正常地從最后一級(jí)流出.(2)分別開啟釜1、釜2、釜3攪拌馬達(dá)開關(guān),后再調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的旋鈕,使三釜攪拌速度一致(如選做直管反響器實(shí)驗(yàn),以上步驟略去).開啟電磁閥開關(guān)和電導(dǎo)儀總開關(guān),按電導(dǎo)率儀使用說(shuō)明書分別調(diào)節(jié)“調(diào)零、調(diào)溫度和電極

8、常數(shù)等.調(diào)整完畢,備用.(電導(dǎo)儀的使用方法見該儀器使用說(shuō)明書)(3)開啟計(jì)算機(jī)電源,在桌面上雙擊“多釜返混實(shí)驗(yàn)圖標(biāo),在主畫面上按下“實(shí)時(shí)采集按鈕,調(diào)好坐標(biāo)數(shù)值,點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn),調(diào)節(jié)電磁閥開合時(shí)間,一般為3-9秒,輸入操作員編號(hào),點(diǎn)擊“確定,開始采集數(shù)據(jù).(4)待測(cè)試結(jié)束,按下“結(jié)束實(shí)驗(yàn)按鈕后,按下“保存數(shù)據(jù)按鈕保存數(shù)據(jù)文件.3 .停車(1)實(shí)驗(yàn)完畢,將實(shí)驗(yàn)柜上三通閥轉(zhuǎn)至“H2O位置,將程序中“閥開時(shí)問(wèn)調(diào)到20秒左右,按“開始按鈕,沖洗電磁閥及管路.反復(fù)三、四次.否那么KNO3會(huì)在電磁閥管路內(nèi)結(jié)晶造成堵塞.(2)關(guān)閉各水閥門、電源開關(guān),翻開多釜底或管式反響器底部排水閥,將水排空.(3)退出實(shí)驗(yàn)程

9、序,關(guān)閉計(jì)算機(jī).五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以得到單管與三釜串聯(lián)反響器的停留時(shí)間分布曲線,這里的物理量-電導(dǎo)值L對(duì)應(yīng)了示蹤劑濃度的變化；用離散化方法,在曲線上相同時(shí)間問(wèn)隔取點(diǎn),一般可取20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)左右,再由公式(5),(7)分別計(jì)算出各一.-22_2_2-自的,和短,及無(wú)因次方差仃日.通過(guò)多釜串聯(lián)模型,利用公式(8)求出相應(yīng)的模型參數(shù)n,隨后根據(jù)n的數(shù)值大小,就可確定單管和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小.假設(shè)采用微機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng),那么可直接由電導(dǎo)率儀輸出信號(hào)至計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與分析,在顯示器上畫出停留時(shí)間分布動(dòng)態(tài)曲線圖,并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)計(jì)算平均停留時(shí)間、方差和模型參數(shù).停留時(shí)間分布曲線圖與相應(yīng)數(shù)據(jù)均可方便地保存或打印輸出,減少了手工計(jì)算的工作量.六結(jié)果與討論(1)計(jì)算出單管與三釜系統(tǒng)的平均停留時(shí)間并與理論值比擬,分析偏差原因；(2)計(jì)算模型參數(shù)n,討論二種系統(tǒng)的返混程度大??；(3)討論一下如何限制返混或加大返混程度.七、維護(hù)及故障處理1 .長(zhǎng)時(shí)間不用該儀器應(yīng)放置枯燥的地方,還應(yīng)定期進(jìn)行儀器