ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Потоки в аппаратах непрерывного действия из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Мы будем в основном рассматривать поток в аппаратах непрерывного действия — именно эта группа аппаратов является ведущей в современной химической технологии. [c.124] При описании мы как правило не будем делать различия между потоками газа, жидкости или, например, суспензии. Для простоты всякую движущуюся среду будем называть жидкостью. Лишь в немногих случаях, когда это потребуется, будем оговаривать агрегатное состояние. [c.124] В процессе описания будем пользоваться термином частица жидкости . Это не очень строго определенное, но удобное понятие. Частица — это такая часть потока, о движении которой в рассматриваемый момент можно говорить, как о движении единого целого. [c.124] Сложность структуры потока. Любой поток сложен по своей структуре. Сложность проявляется на различных уровнях, в разных масштабах, проявления ее весьма многообразны. [c.124] Рассмотрим некоторые из этих проявлений. [c.124] Нестационарность скорости. По этому признаку, как известно, потоки делятся на ламинарные и турбулентные. [c.124] Турбулентный поток нестационарен по существу. Даже если никакие параметры в среднем не меняются во времени, поток все время испытывает хаотические колебания скорости, так называемые флуктуации, или пульсации. [c.125] Неоднородность поля скоростей. В разных частях потока скорости частиц жидкостей различны как по величине, так и по направлению. Эти различия могут быть стационарными (например,, параболический профиль скоростей в ламинарном потоке) и нестационарными в турбулентном потоке максимум скорости наблюдается то в данной точке, то в соседней. [c.125] Крайние случаи неоднородности скоростей — это, с одной стороны, короткие байпасы, ас другой — застойные зо-н ы. В данном случае под байпасом понимают часть потока, очень быстро проходящую от входа к выходу, почти не участвуя в процессе. С другой стороны, порции жидкости, попавшие в застойную зону, остаются практически неподвижными и также выпадают из процесса. [c.125] Неоднородность скоростей по направлению может выражаться в образовании зон циркуляции жидкости. [c.125] Описанные особенности структуры потока приводят к двум взаимосвязанным явлениям, оказывающим сильное влияние на ход химико-технологических процессов к возникновению перемешивания текущей жидкости и неравномер-ностивременипребывания. [c.125] Традиция, существующая в химии, склонна всегда считать перемешивание жидкости фактором, способствующим протеканию реакции. Но при анализе этого фактора следует различать два случая перемешивание в поперечном и в продольном относительно потока направлениях. Поперечное перемешивание интенсифицирует массообмен между осевой частью (ядром) потока и его периферией и тем самым, как правило, улучшает условия протекания реакции. Продольное пер ем еши в а н и е — это смешение частиц, которые недавно вошли в аппарат, с частицами, давно в нем находящимися, в которых процесс уже далеко зашел чаще всего оно снижает движущую силу процесса и ухудшает его показатели. [c.125] Поперечное перемешивание возникает либо под действием перемешивающих устройств (мешалок, устройств для барботажа и др.), либо под влиянием турбулентных пульсаций скорости, а также из-за наличия зон циркуляции. [c.125] Оказывается, при одном и том же среднем времени пребывания различные степени неравномерности дадут разные результаты. [c.126] Пример 11.1. Связь между неравномерностью времени пребывания и степенью превращения. [c.126] Нетрудно сообразить, что понизится. Действительно, 50 рабочих уйдут из еха не устав, а другие 50 будут за них работать после того, как они отработали восьмичасовую смену. От усталости их работоспособность снизится. [c.126] Аналогично ведет себя химическая реакция при неравномерном времени пребывания. Частицы с малым временем пребывания выносят из аппарата много непрореагировавшего вещества, что снижает степень превращения. Правда, в частицах, долго находившихся в аппарате, реакция проходит очень глубоко. Но скорость большинства реакций падает во времени. В этих частицах скорость реакции уже столь мала, что увеличение времени пребывания слабо сказывается а превращении. Проигрыш за счет быстро проскочивших через аппарат частиц не компенсируется выигрышем за счет частиц, задерживающихся в нем. [c.126] Можно предложить разные подходы к изучению структуры потока и влияния этой структуры на ход химических процессов. [c.127] Наиболее полную информацию о структуре потока можно получить, зная скорость жидкости в любой точке аппарата, т. е. получив поле скоростей. В принципе это дает исчерпывающую картину потока. Точное описание поля скоростей может явиться материалом для решения любой задачи, относящейся к течению жидкости. Но при таком подходе встречаются труднопреодолимые препятствия. [c.127] Прежде всего, чрезвычайно трудна экспериментальна я задача измерения скоростей во всех частях потока. В любом аппарате имеются области, где поток либо проходит сквозь сужения, либо резко заворачивает. Здесь почти невозможно измерить скорость, не нарушив структуру потока. [c.127] Вернуться к основной статье