管式反应器返混测定

五、实验数据
根据上述实验测得的数据填写到下表： 实验日期： 流量： 序号 时间 实验人员： 电磁阀开启时间： 电导率 平均停留时间 方差 无因此方差 模型参数 学号： 温度：
六、实验报告
本实验采用微机数据采集与分析处理系统， 可直接由电导率仪输出信号至计算机， 由计 算机自动计算平均停留时间、方差、无因次方差和模型参数。相应数据均可方便地保存，减 少了手工计算的工作量。具体操作如下：保存好实时数据后，打开“历史记录”界面，单击 “数据文件名”框,选择并读入要处理的数据文件，初始化各釜曲线的开始时间、终止时间、 基线的默认值（默认值设置开始时间为零时刻，终止时间为停止记录时刻，基线为曲线最小 值点） 。按“开始计算”按钮，程序自动计算出平均停留时间、方差、无因次方差及模拟参
三、关于数据文件的数据存储格式
数据文件中的数据以 ASCII 格式 （即纯文本方式） 存放， 因此数据文件可被微软 EXECL 软件读入并处理。其中前部是有关参数及说明, 随后是若干行数据。
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导 值 成正 比 ，则 可用 电导 值 来表 达 物料 的停 留时 间 变化 关 系， 即 f t Lt ， 这里
Lt Lt L ， Lt 为 t 时刻的电导值， L∞ 为无示踪剂时电导值。
停留时间分布密度函数 f t 在概率论中有二个特征值，平均停留时间（数学期望）t 和 方差 t 。
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3） 实时采集， 输入操作员号， 操作开始新实验并记录数据、 停止记录、 保存数据。 单击“开始”开始记录数据后, "保存数据"无效。
当
开始采集后的界面：
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4）历史记录，读入要处理的数据文件，开始计算、保存结果、打印数据以及曲线变换 等。
首先, 单击“数据文件名”框，选择并读入要处理的数据文件，初始化曲线的开始 时间、 终止时间、 基线的默认值 （默认值设置开始时间为零时刻， 终止时间为停止记录时刻，
四、实验步骤
1.
实验步骤：
(1) 开车步骤 ① 通电：开启电源开关,将电导率仪预热，以备测量。开电脑，打开“管式反应器数
据采集”软件，准备开始。 ② 通水：首先要放空，开启进料泵，让水注满管道，缓慢打开放空阀，有水注喷出 即放空成功，其次使水注入反应管，并稳定流出，此时调节进水流量为 20 L h ，保持流量 稳定。 ③ 进料：首先要放空，根据管式反应器调节引流管的高度，引流管的高度不应高于 管式反应器的高度。 （2）进样操作 将预先配置好的饱和 KNO3 溶液加入示踪剂储罐内， 待系统稳定后， 打开 “实时采集” 界面，点击“开始采集”按钮，计算机开始记录电导率数据，然后打开“工艺流程”界面， 点击软件上“打开电磁阀”按钮，注入示踪剂，一段时间，点击“关闭电磁阀”按钮，停止 注入示踪剂，观察电导率变化趋势，当电脑记录显示的曲线在 2min 内觉察不到变化时，即
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基线为曲线最小值点） 。按“开始计算”按钮，程序自动计算出平均停留时间、方差、无因 次方差及模拟参数。按“保存结果”按钮将结果保存在文件中，此文件的主文件名为对应数 据文件的主文件名，其扩展名为 var。
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二、 关于数据文件名的命名规则
文件名由程序自动生成,主文件名由实验的日期时间(计算机系统的年月日时分)构成： 第 1,2 个字符是日期的“年” ，用 00 ～ 99 表示， 第 3 个字符是日期的“月” ，用 1 ～ 9,A,B,C 表示 12 个月，
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认为终点已到，点击“实时采集”界面上的“停止”按钮，结束采集，然后切记要点击“保 存数据”按钮存储数据。整个数据采集过程约需 35 ～ 40 分钟。数据文件保存路径为： C:\Program Files\管式反应器流动特性测定监控软件\data。 保存好实时数据后，打开“历史记录”界面，单击“数据文件名”框,选择并读入要处理 的数据文件，初始化曲线的开始时间、终止时间、基线的默认值（默认值设置开始时间为零 时刻，终止时间为停止记录时刻，基线为曲线最小值点） 。按“开始计算”按钮，程序自动 计算出平均停留时间、方差、无因次方差及模拟参数。 （3） 结束步骤 先关闭自来水阀门，再依次关闭流量计、水泵、电导率仪、总电源；关闭计算机， 将仪器复原。
0 0


(6)
也用离散形式表达，并取相同 t ，则：
t2
t 2 C t t 2 Lt 2 2 t t C t Lt
(7)
若用无因次对比时间 来表示，即 ＝t
t，
无因次方差 ＝ t
2
2
t2 。
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，这里我们采用的是管式模型。 所谓管式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管串联时的返混程
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t 的表达式为：

tCt dt t tf t dt C t dt
0 0 0

(4)
采用离散形式表达，并取相同时间间隔 t , 则：
t

tCt t t Lt C t t Lt
(5)
t2 的表达式为：
t2 t t 2 f t dt t 2 f t dt t 2
第 4,5 个字符是日期的“日” ，用 01 ～ 31 表示， 第 6,7 个字符是时间的“时” ，用 00 ～ 23 表示， 第 8 个字符是时间的“分/6” ，用 0～9 表示，
文件的扩展名使用，由一个字母和二位数字组成。其中字母表示班级，数字表示学号。 自动使用仪表界面中由用户输入的“操作员号”的左边三位半角 ASCII 字符。 例如：01525 时 36～42 分之间开始的实验。
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数。列出数据处理结果表，讨论实验结果。
远程操作举例说明具体步骤
一、操作界面的使用与说明
此软件共有 4 个操作界面： 1）主画面，标题及版本信息。
2）工艺流程，实验设备工艺流程图、输入液体流量；控制电磁阀的开闭。电磁阀操作 方法：当按钮显示“打开电磁阀”时，点击此按钮，相应的电磁阀打开，液体从槽中流下， 按钮显示变为“关闭电磁阀” ，再次点击此按钮，相应的电磁阀关闭。
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， 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 dt Q
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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。管 式模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混管体积相同，则可以推导得 到管式反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差 与模型参数 n 存在关系为
2
n
1
2
(8)
当 n 1，
n - 模型参数； t - 时间； v - 液体体积流量；
－
t - 数学期望，或平均停留时间；
t2 , 2 - 方差；
- 无因次时间。
三、实验装置与流程
1.实验装置： 实验装置如图 1 所示； 2.实验流程：
3
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，示踪剂为饱和 KNO3。 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 器底部分为两路，一路随引流管先向上后排出，一路经电导仪测量电导后排入地沟。待系统 稳定后，将 KNO3 从示踪剂储罐通过电磁阀快速进入反应器。
1-计算机 2-水槽 3-水泵 4-流量计 5-清洗水储罐 6-电磁阀 7-示踪剂储罐 8-电磁阀 9-管式反应器 10-电导电极 图 1 管式反应器流动特性实验工艺流程图
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3.装置参数及试剂： 装置参数如表 1 所示： 表1 名称 有机玻璃管式反应器 装置 电导率仪 电磁阀 转子流量计 实验试剂： 试剂如表 2 所示： 表2 作用 试剂 主流体 示踪剂 名称 自来水 饱和 KNO3 溶液 参数 1000mL DDS-302B 24V/80W 100L/h 数量 1 1 2 1
实验一 管式反应器流动特性测定实验
一．实验目的
１.了解连续均相管式反应器的返混特性； ２.分析观察连续均相管式反应器的流动特征； ３.研究返混程度，计算模型参数 n。
二、基本原理
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。 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
2 1 ，为全混管特征；
2 0 ， 为平推流特征；
当 n ，
这里 n 是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。 主要符号说明
C t - t 时刻反应器内示踪剂浓度； f t - 停留时间分布密度； F t - 停留时间分布函数；
Lt , L∞ , L(t ) - 液体的电导值；
Q VC t dt
0

所以
f t
VC t
0
VC t dt C t dt
0

C t

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 KNO3 作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定范围内，KNO3 浓度与电