返混特性虚拟仿真实验

一、 实验目的

本实验通过三釜串联反应器中停留时间分布的测定， 将数据计算结果用多釜串联模型来定量返混程度，从而认识限制返混的措施。

(1)用脉冲示踪法测定停留时间分布及数据处理方法；

(2)了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；

(3)了解模型参数 N 的物理意义及计算方法。

二、 实验原理

在连续流动反应器中，由于反应物料的返混以及在反应器内出现的层流、死角、短路等现象， 使得反应物料在反应器中的停留时间有长有短， 即形成停留时间分布，影响反应进程和最终结果。 测定物料的停留时间分布是描述物料在反应器内的流动特性和进行反应器设计计算的内容之一。

物料在反应器内的停留时间完全是一个随机过程， 须用概率分布方法来定量描述。所用的概率分布函数为停留时间分布密度函数 f(t)和停留时间分布函数 F(t)。停留时间分布密度函数 f(t)的物理意义是：同时进入的 N 个流体粒子中，停留时间介于 t 到 t+△t 间的流体粒子所占的分率 dN/N 为 f(t)dt。停留时间分布函数 F(t)的物理意义是：流过系统的物料中停留时间小于 t 的物料的分率。

停留时间分布常用的测试方法是脉冲法。 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。在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评价其返混程度，则需要用反应器模型来描述，这里我们采用的是多釜串联模型。
  所谓多釜串联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釜串联时的返混程度等效。 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。 多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以推导得到多釜串联反应器的停留时间分布函数关系。

三、 实验操作步骤
       1、开始实验
  (1)先确定实验类型调为釜式。打开总电源开关，开启水槽入水阀门，当水位达到约 80%后，关闭入水阀门。打开水泵开关，慢慢打开进水转子流量计流量调节阀门，调节水流量维持在 36 升/时，直至各釜水位大约相等，打开第三釜出水阀门，使水能正常地从最后一级流出。
  (2)分别开启釜 1、釜 2、釜 3 搅拌马达开关，再旋转调节马达转速的旋钮，使三釜搅拌程度大致相同。开启电导仪总开关，将三个温度旋钮旋转为 25℃， 再分别开启三个电导仪开关。
  (3)打开 KCl 进口阀门，开度调为50%，点击上侧工具栏中的记录数据，点击其中的记录曲线， 设定阀开时间（一般为40s）、设定实验周期（实际30 分钟，仿真中一般设为 200s 左右），点击开始按钮，待曲线画完后，点击停止按钮及计算数据按钮，手动记录数据。
注意：曲线画完之前不要关闭记录数据对话框，一旦关闭对话框曲线只能重新开始。
       2、实验结束
  (1)实验完毕，关闭 KCl 进口阀门，打开水进口阀门，同以上操作，设定阀开时间（尽量设置大点）、实验周期、点击记录按钮，冲洗电磁阀。
  (2)关闭水泵开关，关闭转子流量计调节阀门，关闭釜 1、釜 2、釜 3 马达开关。
  (3)待电磁阀冲洗一段时间后，关闭水进口阀门。
  (4)打开釜 1、釜 2 泄液阀进行泄液；打开水槽泄液阀门进行泄液。
  (5)关闭电导仪总开关，关闭总电源，还原所有阀门。

四、仿真画面