Transcript 实验八
实验八 一、实验目的 内循环反应器无梯度检 验 采用阶跃激发-响应技术之一的清洗法测定停 留时间分布为手段，对内循环反应器进行无锑度 检验，以便确定实现无涕度的边界操作条件。 通过本实验，掌握一种测定停留时间分布的 实验技术和内循环反应器的无梯度检验方法。同 时，对于内循环反应器的构造原理和反应器的理 想流动模型的实质，无疑会加深理解。 二、实验原理 内循环气-固相催比反应器相当于一个连续搅拌釜 式反应器。反应器内达到无梯度，也就是流动的气体 在反应器内达到完全返混，即实现了理想的全混流模 型。因此，只要通过测定气体流过反应器的停留时间 分布，确定是否实现了全混流，便可决定反应器是否 达到了无梯度。 测定气体通过反应器的停留时间分布，常用方法 有脉冲激发-响应法和阶跃激发-响应法。阶跃激发-响 应法是在某一瞬时，在反应器入口处。向定态流动的 主气流中突然加入稳定流量的示踪气体。与此同时， 在反应器出口处连续测定主气流中示踪气阵的浓度随 时间的变化。清洗法的操作步骤恰好与上述的阶跃法 相反，即在入口处突然中断主气流中的示踪气体流， 同时测定出口气体中示踪气体的浓度随时间的变比。 若反应器实现了全混流，并将测得停留时间分布曲线用累计 停留时间分布函数F（t）与时间t的变化关系曲线来描述。若气 体流过反应器达到了全混流，则反应器内各处的浓度必定相等 并且与反应器出口处的浓度完全相同。 将用清洗法测得的停留时间分布实验数据标绘成InF(t)～t 曲线，或者lnF(θ)～θ曲线，即可由曲线的线性相关性和直线 的斜率来检验判断，反应器在该操作条件下是否已经实现了全 混流，亦即反应器内是否已经实现了浓度和温度无梯度。 本实验以氮气为主流气体，氢气为示踪气体，并采用热导鉴 定器检测反应器出口示踪气体的浓度随时间的变比关系。 将实验测得的原始数据，按上式换算后，标绘出InF(t)～t 和InF(θ)～θ关系曲线，根据标绘的曲线的线性相关程度和斜 率进行检验判断。若实验数据点完全落在一条直线上，也即相 关系数接近于1，且InF(θ)～θ关系曲线与斜率为1的直线完全 重合，则反应器内的浓度分布达到了无梯度，否则未能达到无 梯度。 三、 实 验 装 置 四、实验要点 1．实验前准备工作 （1）调节好氮气和氢气的压力。 （2）按参考数据调节氮气流量： （3）待各路流量稳定后，打开电路箱和计算机电源开关。启动 计算机的主机和显示器，并凋好实验数据采集程序，待用。 2．实验操作步骤 在一定流量下，按下列步骤用清洗法测定停留时间分布： （l）在0—3000转/分范围内，调定搅拌转速。 （2）调节示踪气体（氢气）的流量。 （3）待Umax值稳定不变之后，快速关闭氢气截至阀与此同时在 计算机键盘上按下数据采集指令键（按S键）。 （4）根据实验需要，按下终止数据采集指令键（按Q键），终 止数据采集。将采集到的这套数据付于文件名后存入待用。 改变搅拌转速，重复上述实验步骤。由此可得在一定流量 下，不同转速时的停留时间分布实验数据。但需要提请注意， 改变转速后，必须重新检查和调整池平衡和零点。 最后，实验数据采集和处理完毕之后，需按下列步骤进行 停机操作； （1）将搅拌转速调回零点。 （2）将桥路工作电流调回至零，并关掉电源开关。 （3）关闭各路气体调节阀。 （4）关闭电路箱电源开关和计算饥主机与显示器的电源开关。 3．实验注意事项： （1）开机时，必须先通气，后通电；关机时，必须先切断电 源，后停止通气。以此保证热导池在有气体流通状态下运行， 防止烧毁热导池。 （2）为了保证热导鉴定器的工作性能稳定，在实验前必须至少 稳定运行l小时以上。为保证测定精确，必须仔细耐心调节池平 衡和热导调零。当然，在整个操作过程中，必须保持各路气体 流量和桥路工作电流的稳定，否则仪器无法稳定运行。 （3）气体高压钢瓶的使用一定要严洛按操作规程进行操作，注 意安全。 五、实验记录与数据处理 1．记录实验设备与操作的基本参数： 内循环反应器装填颗粒物种类； 颗粒直直径dp；颗粒装填量Vp； 自由体积V0；热导鉴定器工作参数工作电流I； 参考臂气体流量Vr；工作臂气体流量Vw; 2．实验敖据记录: 主流气体流量Vs,0；示踪气体流量Vs,i； 搅拌器转速r；数据采集频率u； 实验序号 数据采集累计数，n/次．s-1 电压值 U(n)/mv 3．实验数据整理： （1）将实验数据按下表进行整理： 实验序号 时间，t/s 分布函数F(t)/lnF(t) 列出表中各项计算公式。 （2）标绘F（t）-t停留时间分布曲线和-lnF（t）-t 检验曲线，求算检验曲线的线性相关系数、回归系数 和平均停留时间。 （3）将实验数据再按下表进行整理。 （3）将实验数据再按下表进行整理。 实验序号 无因次时间，t/s 分布函数F(θ)/lnF(θ) 列出表中务项的计算公式。 （4）标绘F（θ）-θ停留时间分布曲线和-lnF（θ） -θ检验曲线，并在F（θ）-θ图上标出斜率为1 的参 考线。计算检验曲线的相关系数和回归系数。 （5）综合判断在该气体流量和搅拌转速下，反应器内 是否达到了无梯度。 六、思考题: 1、停留时间分布函数与停留时间分布密度函数有那些 性质？二者关系如何？ 2、综合判断在该气体流量与搅拌转速下，反应器是否 达到了无梯度？