多釜串聯(lián)模式實(shí)驗(yàn)原理性能檢測(cè)及實(shí)驗(yàn)裝置的原理設(shè)計(jì)

處理軸向的返混不采用連續(xù)而采用分級(jí)的方法建立的反應(yīng)器的模式。即把反應(yīng)器沿軸向分為N個(gè)等容的全混釜反應(yīng)器，把整個(gè)反應(yīng)器看作是由這N個(gè)全混釜反應(yīng)器所構(gòu)成。這種模式比較適用于描述返混程度較大的反應(yīng)器。
一、多釜串聯(lián)模式的實(shí)驗(yàn)原理
多釜串聯(lián)實(shí)驗(yàn)中停留時(shí)間分布測(cè)定所采用的方法主要是示蹤響應(yīng)法，即在反應(yīng)器入口以一定的方式加入示蹤劑，然后通過測(cè)量反應(yīng)器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應(yīng)器內(nèi)流體的停留時(shí)間。示蹤劑加入方式為脈沖輸入法。在極短的時(shí)間內(nèi)，將示蹤劑從系統(tǒng)的入口處注入主流體，在不影響主流體原有流動(dòng)特性的情況下隨之進(jìn)入反應(yīng)器，同時(shí)在反應(yīng)器出口檢測(cè)示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化。
由概率論知識(shí)，概率分布密度函數(shù)就是系統(tǒng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)。因此，就代表了流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間介于到之間的概率。在反應(yīng)器出口處測(cè)得的示蹤劑濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線即響應(yīng)曲線。
二、多釜串聯(lián)反應(yīng)器的性能檢測(cè)
反應(yīng)器是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，種類繁多。在反應(yīng)器的設(shè)計(jì)放大過程中，流體流動(dòng)是最不易確定的因素。因?yàn)榉磻?yīng)過程是一個(gè)極其復(fù)雜的過程。由于物料粒子在流經(jīng)反應(yīng)器時(shí)，基于各種影響造成的渦流、短路、死區(qū)，以及速度分布等產(chǎn)生返混，形成停留時(shí)間分布 （Residence Time Distribution，簡(jiǎn)稱 RTD），導(dǎo)致反應(yīng)器的效率降低，而影響到反應(yīng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，所以，要進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和實(shí)際操作，必須考慮物料粒子在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀況和停留時(shí)間分布問題。多釜串聯(lián)等溫反應(yīng)系統(tǒng)及濃度控制系統(tǒng)模型適合于非穩(wěn)態(tài)操作，更適合于穩(wěn)態(tài)操作。穩(wěn)態(tài)時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)中各釜反應(yīng)物濃度不隨時(shí)間改變，模型將進(jìn)一步得到簡(jiǎn)化。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作方法不同會(huì)造成不同程度的返混。根據(jù)反應(yīng)過程的流動(dòng)型式，尋求反應(yīng)時(shí)間與轉(zhuǎn)化率之間的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)。通過對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定計(jì)算，以獲得可用于反應(yīng)器的選型、操作和便于開發(fā)放大的宏觀動(dòng)力學(xué)方程。物料粒子的返混程度不能采用函數(shù)形式予以表達(dá)，但是一定的返混會(huì)造成一定的 RTD，因此，可借助測(cè)定物料粒子的 RTD 檢驗(yàn)反應(yīng)器的性能，即其理想化的程度。
三、多釜串聯(lián)實(shí)驗(yàn)裝置的原理設(shè)計(jì)

技術(shù)指標(biāo)	說明
裝置功能	1.通過實(shí)驗(yàn)了解停留時(shí)間分布測(cè)定的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。 2.掌握停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值的計(jì)算方法。 3.學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器的串聯(lián)模型來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。
設(shè)計(jì)參數(shù)
主要配置	有機(jī)玻璃反應(yīng)釜、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、水箱、水泵、攪拌電機(jī)、在線電導(dǎo)率儀、轉(zhuǎn)換模塊及軟件、閥門、管道、不銹鋼框架、儀表柜、軟件。
公用設(shè)施	水：裝置自帶不銹鋼水箱桶，連接自來水接入。 電：電壓AC220V，功率1.0KW，標(biāo)準(zhǔn)單相三線制。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室需配置1~2個(gè)接地點(diǎn)（安全地及信號(hào)地）。 實(shí)驗(yàn)物料：水--- KCl，外配設(shè)備：電腦
主要設(shè)備	1.釜式反應(yīng)器1.0L，直徑φ120mm，高度120mm，有機(jī)玻璃制成，3個(gè)�！　　� 2.釜式反應(yīng)器3.0L 直徑φ150mm，高度200mm，有機(jī)玻璃制成，1個(gè)。 3.MP-20RM微型磁力泵：功率30W，最大流量1m3/h，揚(yáng)程6m。 4.交流可調(diào)速電機(jī)：攪拌馬達(dá)6W，轉(zhuǎn)數(shù)90－600r/min，無級(jí)變速調(diào)節(jié)。其操作板置于控制柜上，轉(zhuǎn)速可在操作板上進(jìn)行調(diào)節(jié)。 5.LZB-10液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)：流量范圍6～60 L/h ，觀察、控制進(jìn)水流量。 6.數(shù)顯電導(dǎo)率儀：在線電導(dǎo)率檢測(cè)儀，0-2000S·cm 4個(gè)，電導(dǎo)電極：4支。 7.LWB電磁閥（24v）和三通閥控制切換示蹤劑，數(shù)顯計(jì)測(cè)器控制示蹤劑加入量。 8.各項(xiàng)操作及轉(zhuǎn)速、電導(dǎo)率、流量的顯示、調(diào)節(jié)、控制全在控制屏面板進(jìn)行。 9.框架為304不銹鋼材質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，流程簡(jiǎn)單、操作方便。 10.外形尺寸：1800×500×2000mm（長(zhǎng)×寬×高），外形為可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶3寸雙剎車輪。 11.轉(zhuǎn)換模塊及在線監(jiān)控軟件一套。
測(cè)控組成	變量	檢測(cè)機(jī)構(gòu)	顯示機(jī)構(gòu)	執(zhí)行機(jī)構(gòu)
	電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)	霍爾開關(guān)	轉(zhuǎn)數(shù)顯示儀	調(diào)速器
	流量	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	轉(zhuǎn)子流量計(jì)
	濃度	在線電導(dǎo)率儀	數(shù)字顯示	無
采集型
測(cè)控組成	變量	檢測(cè)機(jī)構(gòu)	顯示機(jī)構(gòu)	執(zhí)行機(jī)構(gòu)
	電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)	霍爾開關(guān)	轉(zhuǎn)數(shù)顯示儀，精度：0.5%FS	精密數(shù)顯調(diào)速器
	三釜進(jìn)水流量	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	手動(dòng)調(diào)節(jié)
	單釜進(jìn)水流量	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	轉(zhuǎn)子流量計(jì)	手動(dòng)調(diào)節(jié)
	濃度	在線電導(dǎo)率儀	數(shù)字顯示，精度：0.5%FS	濃度
	示蹤劑流動(dòng)時(shí)間	時(shí)間控制器	上位機(jī)采集	無
軟件組成	模擬模塊：高達(dá)16位分辨率，內(nèi)建RS485通訊模式；功能：電導(dǎo)率、時(shí)間等模擬量信號(hào)采集，配數(shù)據(jù)采集軟件一套，在線工業(yè)組態(tài)軟件一套

四、總結(jié)
理想反應(yīng)器的基本型式有間歇操作攪拌釜、連續(xù)操作管式反應(yīng)器和連續(xù)操作攪拌釜三種，其中，連續(xù)管式反應(yīng)器和連續(xù)釜式反應(yīng)器是連續(xù)化生產(chǎn)反應(yīng)研究的基礎(chǔ)連續(xù)管式反應(yīng)器的特點(diǎn)是反應(yīng)物料在反應(yīng)器中不存在返混，即反應(yīng)器的每一個(gè)垂直于管軸的截面上物料的性質(zhì)完全相同而連續(xù)釜式反應(yīng)器的特點(diǎn)則是反應(yīng)物料在反應(yīng)器中的返混程度達(dá)到最大化,即反應(yīng)器中每一個(gè)點(diǎn)的物料的性質(zhì)完全相同，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)反應(yīng)器中物料的均一化兩種反應(yīng)器一個(gè)無返混，一個(gè)返混達(dá)到最大，都是理想化反應(yīng)器，而現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)反應(yīng)器既不可能不存在返混，也不可能實(shí)現(xiàn)理想的最大化返混。