实验四填料塔液相轴向混合特性的测定指导书

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1、实验四填料塔液相轴向混合特性的测定填料塔是化工生产中成用的分离设备之一，广泛应用于精憎、吸收、解吸、气体洗涤、液体萃取等单元操作过程。特别是近几年许多高效填料的开发和应用，填料塔在化工生产上的应用更加广泛，取得了显著的经济效益。填料塔结构、填料性能及流体在填料塔内流动状况，不仅有理论意义，而且有实际意义。流体在系统中有两种理想流动模型，即平推流（FPR）和全混流（CSTR）模型。而在实际流动中，流体的流动状况介于两种理想流动之间，也就是说,流体存在一定程度的返混。返混程度一般不能直接测定，通常是借助一维扩散数学模型描述。%1.实验目的1•掌握脉冲法测定

2、填料塔屮液相停留时间分布的方法；2.掌握用矩量法佔计液和返混参数的Pe（彼可列数）的方法，并严整非理想流动的理论；3•测定不同液体流速对Pe的影响，求出Pq与Re.的关系式；4.了解APPLEII微机系统数据采集的方法。实验原理二.Pe&2dzdOpUHPe=Dax描述返混程度的模型参数。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：式中Pe为彼可列数，对式（1）求解：定解条件：实验采用脉冲法加入示踪剂，在流体出口处测定示踪剂浓度,闭式容器，列出如下定解条件：取c=f（z,〃）初始条件：c（z,O）=O边界条件：c（O,

3、）=cl（〃）C（8,0）=冇限量用Laplace变换解得：PpPprc（〃）=（——）exp[——（1一〃）2]2汐H40估计模型参数Pe：估计方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。木实验采用矩量法，需用到如下两个数学定义:(1)浓度c⑴的一阶原点矩：rc(t)tdta=-=tfc(t)dt(2)浓度c⑴的二阶中心矩：Mx=A-t)dt『c(t)t2cltar=0;A式中，t——数学期望；e；——方差或散度。结合式(3)、(4),可导出如下方程:0二学寻-2(7(1-如)APereA实验测得的c⑴与t的关系数据，然后由式(3)求得f,由式(4)

4、求得通过(5)式求得Pe的值。二.实验装置与流程1.实验主要设备与仪器填料塔：塔体为01OOX5mm有机玻璃管制成，塔高3m；塔内件主耍有液体分布器、液体收集器、气体分布板、填料支撑架等。实验流程见图4—1。填料：塔内装填CY型高效规整不锈钢丝网填料，其特征参数见表1,结构见图4—2。计算机系统：APPLE-II主机、屏幕显示器、打卬机、磁盘驱动器等。电导率仪：DDS-1A型。放大器：ZF-69型；示踪剂:KCKCP)饱和液。表1CY型高效规整金属丝网填料特征参理论板数m1比表而积m2/m3空隙率m3/m3堆集密度kg/m3液体负荷m3/m2.h气体负

5、荷m/s[k^/m3]0压降mmHg/m8〜10700952400.2-202~02〜4图4一1实验流程图图4一2填料塔结构示意图1—空气压缩机；2—空气稳压缶；3—放空阀；4—水贮桝；5—液体泵；6—浮球阀；7—温度计;8—短路阀；9一转了流量计：10—水调节阀：11一气体调节阀；12—转了流量计：13—进气压力表；14—温度计；15—压差计；16—水分布器；17—进气阀；18—液封管；19—钳电极：20—进气分布板；21一收集器；22—填料；23—填料塔；24一电磁阀；25—示踪剂瓶;26一示踪剂；27一定滑轮；28一电导率仪；29—A/D转换片；

6、30一打印机：31一计算机;32—磁盘驱动器2「数据采集：微机数据采集原理方框图示于图4—3。如前所述，实验测得的主要数据是不同时刻KC1的水通过钠电极时，将c⑴送入传感器（电导率测定仪）；传感器将c⑴转换为豪伏级直流电压信号，电压信号经放大器放大（A/D转换卡要求）接着送入A/D转换卡（即数/模转换卡）；A/D转换卡的功能是将电压信号转换成数字量，数字量送微机内存。然后用预先输入微机的Ture-BASIC语言程序进行数据处理。图4一3微机数据采集原理方框图%1.实验方法物系为水和空气微机在线数据采集。实验步骤如下：1.掌握仪器的使用方法：在教师指导下

7、，熟悉并掌握电导率仪、放大器的使用方法及APPLE—II微机系统的操作。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KC1溶液加入示踪剂瓶内，用定滑轮将瓶升至预定高度。仔细观察液面是否变化？液面不变为正常。4.启动空压机：关闭调节阀11（图4—1标注的序号，下同），打开放空阀3,启动空压机1；缓慢打开调节阀中的一个，并配合关小防空阀3,使转子流量计的转子稳定在5m3/h的刻度处。5.启动水泵：关闭水调节阀10,将短路阀8开至最大，启动水泵5。然后慢慢开启水调节阀10中的一个，同时关小短路阀8,使水入塔。在大流量下运转半小时，润湿填料。1

8、.启动数据采集系统，将应用程序从磁盘装入内存，使其处于工作状态。2.取实验数据：待系统稳定之后