ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Модели идеальных потоков из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Мы будем говорить о потоках идеального вытеснения и и д е а л ь н о го см е щ ени я, а также об аппаратах идеального вытеснения и с м е ш е н и я — моделях аппаратов, через которые протекают соответствующие потоки. Часто для краткости будем говорить просто идеальное вытеснение или идеальное смешение. [c.128] Идеальные потоки, как и любая идеализация, — это абстракция, которую нельзя точно осуществить на практике. Однако ясность физической картины и простота математического описания идеальных потоков делают эти модели чрезвычайно удобными для анализа протекания химических процессов. [c.128] Схема потока идеального вытеснения. [c.129] При анализе сложных процессов (например, реакций, проходящих с выделением и отводом тепла) определение идеального вытеснения приходится несколько конкретизировать. Добавляется еще одно свойство. Не только скорость, но и концентрации и температуры в таком потоке выровнены по поперечному сечению. Для изотермических процессов, с анализа которых мы начнем изложение, эта выровненность получается автоматически, если выровнены скорости. [c.129] Для описания, анализа и расчета процессов существенны два следствия из определения идеального вытеснения. [c.129] Время пребывания всех частиц в потоке идеального вытеснения одинаково. Это практически единственный мыслимый поток, для которого формула (11.1) дает не только среднее время пребывания, но и конкретное время пребывания любой движущейся через аппарат частицы жидкости. [c.129] Если объем непостоянен, то выражения усложняются, но в принципе в любом случае можно записать соответствующую систему дифференциальных уравнений. [c.129] Решение системы (10.14) следует искать в пределах от =0 (жидкость вошла в аппарат) до t=t (выход жидкости из аппарата). В этом случае получатся концентрации веществ на выходе из аппарата. Это поверочный расчет. Для проектного расчета в решение С1 темы подставляют требуемые значения концентраций и находят t, а затем по формуле (И.1) определяют объем аппарата. [c.129] Пример 12.1. Расчет простейших реакций в изотермическом аппарате идеального вытеснения. [c.129] Теперь опишем аппарат идеального смешения. Представим себе аппарат с мешалкой, через который проходит поток (рис. 12.3). Мощность мешалки такова, что поступающая жидкость мгновенно перемешивается с массой, уже находящейся в аппарате. Таким образом, все, что попадает в аппарат идеального смешения, мгновенно равномерно распределяется по всему его объему. Перечислим важнейшие следствия из этого определения. [c.130] На входе в аппарат концентрации и температура претерпевают скачок исходные значения параметров потока, мгновенно смешивающегося с содержимым аппарата, соответственно мгновенно изменяются до тех значений, которые характеризуют режим в аппарате и на выходе из него. [c.131] Отсюда следует, что зависимости (10.14) к потоку смешения неприменимы. Для его описания следует искать иной подход. [c.131] Здесь можно использовать то обстоятельство, что во всех точках аппарата концентрации и температура, а стало быть, и скорость реакции одинаковы. Это позволяет очень просто записать уравнения материального баланса (3.5) — (3.6). [c.131] Для условий стационарного процесса уравнения (12.11) (такие уравнения можно записать для каждого вещества, участвующего в реакции) решают либо относительно j (поверочный расчет), либо относительно t (проектный расчет). Уравнение (12.12) служит для анализа нестационарных процессов. [c.132] Стехиометрия — та же, что в предыдущем случае. [c.133] О реалистичности моделей идеальных потоков. Идеальные потоки— сильно упрощенные модели. Законен вопрос насколько можно считать их соответствующими каким-либо реальным объектам. Оказывается, такое соответствие существует достаточно часто. [c.133] к идеальному вытеснению близок поток жидкости или газа через достаточно длинный аппарат, заполненный слоем зернистого материала (насадочная колонна, реактор с неподвижным слоем катализатора, шахтная печь). Зернистый слой интенсивно выравнивает поток. В меньшей степени можно применить эту модель к потоку в пустой трубе, особенно в ламинарном режиме (см. раздел 11). [c.133] Близко к идеальному смешению течение жидкости через аппарат с мешалкой, через барботажный слой. В том же барботажном слое течение газа плохо описывается данной моделью, но часто нам нужно описать именно движение жидкости. [c.133] Часто такое пренебрежение неидеальностью потока действительно допустимо, и тогда, разумеется, применять более сложные модели нецелесообразно. Но есть и случаи, когда недопустимо грубо пользоваться приближением идеальных потоков. Поэтому очень важно в каждом конкретном случае оценить возможную ошибку идеализации, обусловливающую неадекватность модели. [c.134] Сопоставление идеальных потоков проведем таким образом, как будто имеем дело с реальными аппаратами (можно иметь в виду случаи, когда данное описание достаточно точно). Вначале сопоставим особенности описания, а затем — протекание в этих потоках различных процессов. [c.134] Вернуться к основной статье