1、專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 日期： 地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 成績：_實(shí)驗(yàn)名稱： 多釜串聯(lián)流動特性的測定 實(shí)驗(yàn)類型： 反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn) 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理三、主要儀器設(shè)備四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析七、討論、心得裝 訂 線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察了解多釜串聯(lián)的流動特性，并與理想流型特性曲線作比較。2掌握用脈沖示蹤法測定停留時間分布的實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理。3根據(jù)單個釜的流動特性推測四釜串聯(lián)的理論流動特性，并與實(shí)際測量值進(jìn)行比較。二、實(shí)驗(yàn)原理1對于等容積理想全混式多釜串聯(lián)的流動，如用脈沖示蹤法測定其出口濃度變化曲線，

2、經(jīng)過換算，可得到停留時間分布的密度函數(shù)E ( t )，即（1）（2）式中 N釜數(shù) 整個裝置的平均停留時間，(= N(VR)i/ v)(VR)i 每一小釜的體積v 流體流量據(jù)式（1），（2）可計(jì)算一組理想全混式的流動，由于實(shí)驗(yàn)測定的是出口濃度變化曲線C ( t ) t，經(jīng)下列關(guān)系換算，可得E ( t )或?qū)懗呻x散型函數(shù)及 （3）據(jù)式（3）可得一組實(shí)驗(yàn)測定E ( ) 曲線，可與圖1（a）所得到的一組曲線進(jìn)行擬合比較。 （a）理論值（b）實(shí)驗(yàn)值圖1 多釜串聯(lián)的停留時間分布曲線2計(jì)算實(shí)測分布曲線的均值（）和方差因?yàn)?由上式可計(jì)算的模型參數(shù)N（釜數(shù)）及，再與理論值進(jìn)行比較。三、實(shí)驗(yàn)裝置及儀器本裝置由四個

3、攪拌釜反應(yīng)器組成，分別裝備了不同類型的攪拌槳和擋板，每個攪拌釜反應(yīng)器可獨(dú)立操作，也可以串聯(lián)操作。配套設(shè)備包括定量連續(xù)進(jìn)料系統(tǒng)、示蹤劑加料系統(tǒng)、攪拌控制系統(tǒng)、反應(yīng)釜出口濃度檢測系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)流程裝置見下圖2。1-示蹤劑高位槽；2-水槽；3-蠕動泵；4-釜式反應(yīng)器；5-攪拌電機(jī)；6-電導(dǎo)槽；7-電導(dǎo)儀；8-槳式攪拌器；9-錨式攪拌器；10，11-螺旋式攪拌器；1217-電磁閥圖2 實(shí)驗(yàn)流程裝置示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟利用分配到得實(shí)驗(yàn)序號和注冊的用戶名及密碼在客戶端上登錄，并且點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)，打開總電源，釜式反應(yīng)器混合特性及流動模式實(shí)驗(yàn)研究的遠(yuǎn)程操作界面如圖3所示。蠕動泵將儲液槽中的水打入釜，從反應(yīng)器上部流出，

4、依次通過釜、釜、釜后排出。4個釜的體積均為1500ml，各自帶有可調(diào)速的攪拌電機(jī)，分別控制每個釜的攪拌強(qiáng)度，每個釜出口液體濃度由電導(dǎo)儀測定。圖3 釜式反應(yīng)器混合特性研究遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作界面（1）實(shí)驗(yàn)前先將電磁閥2#，3#，4#，5#，6#打開，排空四個釜內(nèi)上次實(shí)驗(yàn)殘留的液體，然后關(guān)閉閥門；（2）打開蠕動泵，設(shè)置流量為最大值，使四個釜充滿（約15min），然后調(diào)整蠕動泵流量為設(shè)定值；（3）同時將4個攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)到設(shè)定值，使其達(dá)到全混流，等待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定； （4）打開閥門6，將可能殘余在管路中的水排凈；（5）關(guān)閉閥門6，打開閥門1，讓示蹤劑充滿管路；（6）等釜出口液體的電導(dǎo)率恒定后（電導(dǎo)率比實(shí)驗(yàn)開始的

5、時候有較大的變化，這是因?yàn)樗碾妼?dǎo)率比空氣的電導(dǎo)率大），打開閥門2，向釜內(nèi)脈沖注入示蹤劑（4s），記下此時刻t；（7）脈沖示蹤后，注意觀察各電導(dǎo)率的讀數(shù)，等待電導(dǎo)率4的曲線回至走平，此時可以認(rèn)為4個釜內(nèi)的示蹤劑被替換完全；（8）在放大圖上選擇一區(qū)域，滿足：開始時刻在t時刻附近，結(jié)束時刻在電導(dǎo)率曲線走平的時刻附近，在這樣的一個區(qū)域內(nèi)采集數(shù)據(jù)，并且將其組名保存為此轉(zhuǎn)速下的電導(dǎo)率值；（9）停止攪拌槳，停止蠕動泵，將釜內(nèi)的水排空，關(guān)閉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)記錄并保存，對保存后的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下處理。作出4個反應(yīng)釜出口示蹤劑電導(dǎo)率隨時間變化的圖線如下（四個攪拌槳轉(zhuǎn)速約200r

6、pm）：4th Tank3rd Tank2nd Tank1st Tank圖4 4個反應(yīng)釜的L t 圖線下面進(jìn)行數(shù)學(xué)分析：（計(jì)算中濃度C以電導(dǎo)率L代替）對各曲線進(jìn)行積分，用矩形法求積公式，曲線總面積平均停留時間方差，釜數(shù)以上各步運(yùn)算結(jié)果入下表所示：L02126223020292020實(shí)驗(yàn)/s220362506641t25838667307816569430921.210.510.320.23N實(shí)驗(yàn)0.831.943.144.35根據(jù)釜體積為VRi=1070mL，蠕動泵出口流量F=250mL/min，由t=NVRi/F，可得理論值如下表：理論/s2575147711028N理論1234E ( )

7、曲線測定：1理論E ( )曲線：由， 分別畫出N = 1，2，3，4時的理論曲線如下：N = 3N = 2N = 4N = 1圖5 理論E() 曲線由，得到實(shí)驗(yàn)中實(shí)際的E ( )曲線如下：4th Tank3rd Tank2nd Tank1st Tank圖6 實(shí)驗(yàn)E() 曲線六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論1. 本實(shí)驗(yàn)采用脈沖示蹤法，實(shí)驗(yàn)過程存在一定誤差。理想情況下，示蹤劑應(yīng)在瞬間輸入反應(yīng)器，脈沖時間趨于零，而實(shí)際脈沖是一個時間段，偏離理想脈沖。同時示蹤劑輸入和記錄兩個時間也存在誤差，實(shí)驗(yàn)中閥門打開時即開始計(jì)時，但此時示蹤劑并未輸入反應(yīng)器，時間原點(diǎn)會有偏移。由于在釜的出口放置電導(dǎo)儀會對流體流動產(chǎn)生擾動，故要偏離

8、出口一小段距離以減小干擾，這也會產(chǎn)生偏差。同時，本實(shí)驗(yàn)中以電導(dǎo)率來代表示蹤劑濃度，然而溫度的變化會使物料和示蹤劑的電導(dǎo)率均變化，故會有誤差。2. 在分析E ( )關(guān)系時，應(yīng)該取到使得E ( )趨于0時的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算才夠準(zhǔn)確，然而實(shí)際在E（）很小時，由于管路中流動的不穩(wěn)定，使得基線產(chǎn)生漂移，此時測得的數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，但計(jì)算時沒有舍去，造成誤差。3. 實(shí)驗(yàn)所得的E ( )曲線與理論圖有一定偏差，出了測量技術(shù)的誤差外，還有釜內(nèi)流動模式不夠理想的原因，即攪拌槳、擋板等的設(shè)置并未能使得釜內(nèi)達(dá)到理想全混流的模式。七、思考題1脈沖示蹤前怎樣根據(jù)每個釜出口電導(dǎo)率的變化來判斷釜內(nèi)流體的情況？電導(dǎo)率的大小是釜出口

9、溶液相應(yīng)濃度的反映，若釜內(nèi)無水流，則顯現(xiàn)出空氣的電導(dǎo)率，由于水的電導(dǎo)率大于空氣，當(dāng)電導(dǎo)率呈遞增趨勢，表明開始有水流動，當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到穩(wěn)定值時不再變化，表明此時釜內(nèi)的液體已充滿，流體流動正常。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你可以得到哪些結(jié)論？尚存在哪些問題？根據(jù)理論的E ( )曲線可以看出，幾條曲線都出現(xiàn)了E ( )max的峰值，峰值對應(yīng)時間為max。N越大，則max越大。實(shí)驗(yàn)所繪制的E ( )曲線與理論值偏移較大，可能時電導(dǎo)儀出現(xiàn)誤差。且根據(jù)理論分析，在=0時，應(yīng)有E ( )=1，而實(shí)驗(yàn)時卻出現(xiàn)一個從0到1的遞增過程，就是由于脈沖示蹤并非瞬時加入引起的。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果的差別可以看出體系的非理想性，一部分原因是用電導(dǎo)率儀測量濃度存在一系列的誤差問題（見第六部分），另一重要原因則是真實(shí)反應(yīng)器確實(shí)有非理想性，可以通過調(diào)整攪拌強(qiáng)度、攪拌槳類型、增加擋板等方法來減小非理想流動的影響。3結(jié)合裝置特點(diǎn)及操作條件，分析討論實(shí)驗(yàn)值和理論值偏差的原因如上述所說，電導(dǎo)率儀的誤差，脈沖失蹤的誤差，流體流動的非理想性，是產(chǎn)生偏差的主要原因。4設(shè)計(jì)采用階躍示蹤法測定裝置的流動特性的實(shí)驗(yàn)方法，并定性畫出各釜出口