多釜串聯(lián)模式實驗原理性能檢測及實驗裝置的原理設計

處理軸向的返混不采用連續(xù)而采用分級的方法建立的反應器的模式。即把反應器沿軸向分為N個等容的全混釜反應器，把整個反應器看作是由這N個全混釜反應器所構成。這種模式比較適用于描述返混程度較大的反應器。
一、多釜串聯(lián)模式的實驗原理
多釜串聯(lián)實驗中停留時間分布測定所采用的方法主要是示蹤響應法，即在反應器入口以一定的方式加入示蹤劑，然后通過測量反應器出口處示蹤劑濃度的變化，間接地描述反應器內(nèi)流體的停留時間。示蹤劑加入方式為脈沖輸入法。在極短的時間內(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特性的情況下隨之進入反應器，同時在反應器出口檢測示蹤劑濃度隨時間的變化。
由概率論知識，概率分布密度函數(shù)就是系統(tǒng)的停留時間分布密度函數(shù)。因此，就代表了流體粒子在反應器內(nèi)停留時間介于到之間的概率。在反應器出口處測得的示蹤劑濃度與時間的關系曲線即響應曲線。
二、多釜串聯(lián)反應器的性能檢測
反應器是進行化學反應的關鍵設備，種類繁多。在反應器的設計放大過程中，流體流動是最不易確定的因素。因為反應過程是一個極其復雜的過程。由于物料粒子在流經(jīng)反應器時，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，形成停留時間分布 （Residence Time Distribution，簡稱 RTD），導致反應器的效率降低，而影響到反應產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，所以，要進行反應器的設計和實際操作，必須考慮物料粒子在反應器內(nèi)的流動狀況和停留時間分布問題。多釜串聯(lián)等溫反應系統(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，反應系統(tǒng)中各釜反應物濃度不隨時間改變，模型將進一步得到簡化。反應器結構和操作方法不同會造成不同程度的返混。根據(jù)反應過程的流動型式，尋求反應時間與轉化率之間的數(shù)學關聯(lián)。通過對反應速率常數(shù)的測定計算，以獲得可用于反應器的選型、操作和便于開發(fā)放大的宏觀動力學方程。物料粒子的返混程度不能采用函數(shù)形式予以表達，但是一定的返混會造成一定的 RTD，因此，可借助測定物料粒子的 RTD 檢驗反應器的性能，即其理想化的程度。
三、多釜串聯(lián)實驗裝置的原理設計

技術指標	說明
裝置功能	1.通過實驗了解停留時間分布測定的基本原理和實驗方法。 2.掌握停留時間分布的統(tǒng)計特征值的計算方法。 3.學會用理想反應器的串聯(lián)模型來描述實驗系統(tǒng)的流動特性。
設計參數(shù)
主要配置	有機玻璃反應釜、轉子流量計、水箱、水泵、攪拌電機、在線電導率儀、轉換模塊及軟件、閥門、管道、不銹鋼框架、儀表柜、軟件。
公用設施	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，標準單相三線制。每個實驗室需配置1~2個接地點（安全地及信號地）。 實驗物料：水--- KCl，外配設備：電腦
主要設備	1.釜式反應器1.0L，直徑φ120mm，高度120mm，有機玻璃制成，3個。　　　 2.釜式反應器3.0L 直徑φ150mm，高度200mm，有機玻璃制成，1個。 3.MP-20RM微型磁力泵：功率30W，最大流量1m3/h，揚程6m。 4.交流可調(diào)速電機：攪拌馬達6W，轉數(shù)90－600r/min，無級變速調(diào)節(jié)。其操作板置于控制柜上，轉速可在操作板上進行調(diào)節(jié)。 5.LZB-10液體轉子流量計：流量范圍6～60 L/h ，觀察、控制進水流量。 6.數(shù)顯電導率儀：在線電導率檢測儀，0-2000S·cm 4個，電導電極：4支。 7.LWB電磁閥（24v）和三通閥控制切換示蹤劑，數(shù)顯計測器控制示蹤劑加入量。 8.各項操作及轉速、電導率、流量的顯示、調(diào)節(jié)、控制全在控制屏面板進行。 9.框架為304不銹鋼材質(zhì)，結構緊湊，外形美觀，流程簡單、操作方便。 10.外形尺寸：1800×500×2000mm（長×寬×高），外形為可移動式設計，帶3寸雙剎車輪。 11.轉換模塊及在線監(jiān)控軟件一套。
測控組成	變量	檢測機構	顯示機構	執(zhí)行機構
	電機轉數(shù)	霍爾開關	轉數(shù)顯示儀	調(diào)速器
	流量	轉子流量計	轉子流量計	轉子流量計
	濃度	在線電導率儀	數(shù)字顯示	無
采集型
測控組成	變量	檢測機構	顯示機構	執(zhí)行機構
	電機轉數(shù)	霍爾開關	轉數(shù)顯示儀，精度：0.5%FS	精密數(shù)顯調(diào)速器
	三釜進水流量	轉子流量計	轉子流量計	手動調(diào)節(jié)
	單釜進水流量	轉子流量計	轉子流量計	手動調(diào)節(jié)
	濃度	在線電導率儀	數(shù)字顯示，精度：0.5%FS	濃度
	示蹤劑流動時間	時間控制器	上位機采集	無
軟件組成	模擬模塊：高達16位分辨率，內(nèi)建RS485通訊模式；功能：電導率、時間等模擬量信號采集，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
理想反應器的基本型式有間歇操作攪拌釜、連續(xù)操作管式反應器和連續(xù)操作攪拌釜三種，其中，連續(xù)管式反應器和連續(xù)釜式反應器是連續(xù)化生產(chǎn)反應研究的基礎連續(xù)管式反應器的特點是反應物料在反應器中不存在返混，即反應器的每一個垂直于管軸的截面上物料的性質(zhì)完全相同而連續(xù)釜式反應器的特點則是反應物料在反應器中的返混程度達到最大化,即反應器中每一個點的物料的性質(zhì)完全相同，實現(xiàn)了整個反應器中物料的均一化兩種反應器一個無返混，一個返混達到最大，都是理想化反應器，而現(xiàn)實的生產(chǎn)反應器既不可能不存在返混，也不可能實現(xiàn)理想的最大化返混。