2023年化工专业实验精品讲义--填料塔轴向返混实验.pdf

学习必备 欢迎下载 滨州学院教案 第 次课 学时 章节 填料塔轴向返混实验 教学目的 和要求 1掌握脉冲法测定填料塔中液相停留时间分布的方法；2掌握用矩量法估计液相返混参数的 Pe（彼克列数）的方法；3测定不同液体流速对 Pe 的影响，求出 Ped与 ReL的关系式；重点 难点 液相返混参数的 Pe（彼克列数）的方法。Ped与 ReL的关系式。教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)基本原理 描述返混的数学模型很多，较简单实用的是一维扩散模型。一维扩散模型的数学表达式：1/Pe 2c-c/z=c/（1）Pe=UH/Dax 式中 Pe 为彼克列数，描述返混程度的模型参数。对式（1）求解：定解条件：实验采用脉冲法加入示踪计，在流体出口处测定示踪计浓度，闭式容器，列出如下定解条件：取 c=f(z,)初始条件：c(z,0)=0 边界条件：c(0,)=c1()c(,)=有限量 用 Laplace 变换解得：c()=Pe/23exp-Pe/4 1-2 （2）估计模型参数 Pe：估计的方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。本实验采取矩量法，需用到如下两个数学定义：（1）浓度 c(t)的一阶原定矩：M1=0 c(t)tdt/0 c(t)dt （3）（2）浓度 c(t)的二阶中心矩：M2=0c(t)(t-)dt/0c(t)dt=0c(t)t2dt/0c(t)dt=2t （4）学习必备 欢迎下载 式中，数学期望；2t方差或称散度 结合式（3）、（4），可导出如下方程：2=2t /=2/Pe-21/Pe 2（1 Pe）(5)实验测得 c(t)与 t 的关系数据，然后由式（3）求得 ，由式（4）求得 2t，通过式（5）求得Pe 的值。预习要求 1.了解认识返混实验装置基本结构与流程；2.简述填料塔轴向返混测定原理；3.基本掌握实验步骤；4.了解实验注意事项并熟练掌握数据处理方法。实验装置与流程 本实验装置为填料塔，其特征数据如下：填料塔：塔体为100*5mm有机玻璃管制成，塔高 2.5m；塔内件主要有液体分布器、液体收集器、气体分布板、填料支承架等。实验流程见图 1。填料：塔内装填 CY型高效规整不锈钢丝网填料，其特性参数见表 1，结构见图 2。电导率仪：DDS-1A 型。宇光表 708 T 型；示踪剂：KCl(CP)饱和溶液。表 1.CY 型高效规整金属丝网填料特性参数 理论板数 m-1 比表面积 m2/m3 空隙率 m3/m3 堆积密度 kg/m3 液体负荷 m3/m2h 气体负荷 m/skg/m30 压降 mmHg/m 810 700 95 240 0.220 20 24 流程如下图 1：求重点难点液相返混参数的彼克列数的方法与的关系式基本原理教学进的模型参数对式求解定解条件实验采用脉冲法加入示踪计在流体出处测法需用到如下两个数学定义浓度的一阶原定矩浓度的二阶中心矩学习必学习必备 欢迎下载 p1p2T1T2电导测定自来水电磁阀离心泵水槽 图 1 实验流程图 实验步骤 物系为水和空气，实验步骤：1掌握仪器的使用方法在教师的指导下，熟悉并掌握电导率仪、放大器的使用方法；2接通电导率仪的电源，预热 20 分钟。3将预先配置好的饱和 KCl 溶液加入示踪剂瓶料罐上部，仔细观察液面是否变化？液面不变为正常。4启动风机：打开气调节阀，打开放空阀，启动风机；缓慢关小调节阀，使转子流量计的转子稳定在 3m3/h 的刻度处。5启动水泵：关闭水调节阀，将短路阀开至最大，启动水泵。然后慢慢开启水调节阀，同时关小短路阀，启动水泵，使水入塔。在大流量下运转半小时，润湿填料。6启动数据采集系统，将应用程序从光盘装入内存，使其处于工作状态。7 取实验数据：待系统稳定之后（即空气流量、水流量稳定在预定值，微机处于采集数据状态），启动电磁阀注入示踪剂。8维持空气流量 3m3/h 不变，水的流量分别为 200、300、400、500、600l/h，去实验数据。每一水流量条件下，重复两次取数据，使 PE 值的相对误差 5%即为合格，否则维持条件不变继 求重点难点液相返混参数的彼克列数的方法与的关系式基本原理教学进的模型参数对式求解定解条件实验采用脉冲法加入示踪计在流体出处测法需用到如下两个数学定义浓度的一阶原定矩浓度的二阶中心矩学习必学习必备 欢迎下载 续实验，直至合格为止；然后改变水流量进行系一个条件实验，依次进行，完毕为止。9结束实验：取完实验数据，首先将示踪剂罐上部内剩余 KCl 溶液倾出入回收瓶，加入自来水约 500ml，启动电磁阀分几次入塔，目的为冲洗示踪剂管路。几分钟后，关空压机、水泵、电导仪、微机系统等仪器设备的电源，并将所有仪器复原。注意事项：（1）塔下部液封面高度必须维持在进气管的下面并接近气管。（2）每改变水流量一次，稳定 10 分钟左右才能测取数据；每加一次示踪剂，须间隔 10 分钟方可再注入示踪剂。实验数据记录与处理 记录实验数据。表格如下，供参考用。数据处理：以 Ped为纵坐标，ReL为横坐标在计算纸上标绘 PedReL曲线；求以 ReL为自变量的关系式。实 验 序 号 液相 气相 计算结果 温度 TL()流量 QL(L/H)空塔速度 UL(m/s)ReL 进气温度 TG()进气压力 PG(mmHg)流量 QG(m3h)TD DD PE Ped 注：Ped是以填料当量直径表示的彼克列数。Ped=PE d/h (H=1.5m,d=20mm)ReL是以水表示的雷诺数。ReL=DUL/c示踪剂 KCL 浓度，无因次 Dax有效轴向扩散系数，m/s 求重点难点液相返混参数的彼克列数的方法与的关系式基本原理教学进的模型参数对式求解定解条件实验采用脉冲法加入示踪计在流体出处测法需用到如下两个数学定义浓度的一阶原定矩浓度的二阶中心矩学习必学习必备 欢迎下载 d填料当量直径，mm H填料层高度，m Ped以填料当量直径表示的 Pe，无因次 ReL以水相空塔速度表示的 Re，无因次 U液相缝隙进度，m/s UL水向空塔速度，m/s Z无因次距离 水密度，kg/m 水粘度，kg.s/m2 无因次时间 本章思考题 试分析 Ped随 ReL变化的原因。.实验装置及操作是否与解析扩散模型的边界条件相符合？试分析上述原因给实验结果带来的影响。实验取样方法会给测定 Ped带来什么误差？主要 参考资料 备注 求重点难点液相返混参数的彼克列数的方法与的关系式基本原理教学进的模型参数对式求解定解条件实验采用脉冲法加入示踪计在流体出处测法需用到如下两个数学定义浓度的一阶原定矩浓度的二阶中心矩学习必