ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ И НОВЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ из "Научные исследования высшей школы в области химии и химических продуктов. В.179" Научные исследования, выполняемые в рамках программы, включали разработку математической модели массообмена в реакторе с зернистым слоем, определение расхода, скорости жидкости, а также теплообменных характеристик при ламинарном течении в каналах некруглого поперечного сечения, параметров совместного тепломассообмена гетерогенных систем. [c.8] Проточный трубчатый реактор, заполненный зернами катализатора, является почти идеальным аппаратом для проведения гетерогенных каталитических реакций. Хотя теоретически неподвижный зернистый слой должен оказывать на инфильтруемый сквозь него поток выравнивающее действие, на практике равномерное распределения подвижной фильтрующей фазы является трудной технической проблемой. Речь идет о неоднородностях, масштаб которых соизмерим с размером аппарата, и связанных с неравномерной укладкой зерен, пристенными эффектами, а также с напряженным состоянием инфильтруемого слоя [1,2]. [c.8] В трубчатом реакторе с зернистым слоем можно выделить два типа областей с различной порозностью (доменов) пристенные домены (относящиеся к ним величины будем помечать индексом 0) и домены ядра слоя. По данным [1-3] число слоев частиц в пристенных доменах составляет от 3 до 10. В качестве наиболее реальной оценки примем Ко=4 тем более, что в рамках континуального подхода это, пожалуй, минимальное число слоев, по которому может быть произведено усреднение. По мнению, высказанному в работе [1], средняя порозность пристенного домена близка к порозности кубической укладки, т.е. So=0,48. В доменах ядра потока считают е-0,4. [c.8] При такой постановке задачи радиальная составляющая регулярной скорости движения текучей фазы равна нулю. Обмен массой между областями осуществляется за счет молекулярной диффузии Оег и поперечной конвективной дисперсии 0.1 возникающей за счет латерального рассеивания струек фильтрующей фазы на зернах. Эффективная молекулярная диффузия Оег в промежутках между зернами была изучена в [7]. Для значений порозности 0,4-0,5 она составляет десятые доли молекулярной диффузии, поскольку зерна практически непроницаемы для диффундирующего компонента. В то же время, коэффициент поперечной конвективной дисперсии [4] составляет /JJ олбд , т.е. обмен массой между зонами идет, в основном, за счет механизма поперечной конвективной дисперсии. [c.10] Попав в область с другой скоростью осевого переноса, вещество остается там некоторое время / . Это время можно трактовать как время релаксации осевого диффузионного потока, в течение которого этот поток определяется не локальным осевым градиентом концентрации, а молярным адвективным переносом [8]. Связь между потоком и градиентом концентрации в этом случае не локальна и не мгновенна система обладает некоторой памятью [8,9]. Это свойство эредитарности (наследственности) становится существенным, когда время релаксации оказывается не малым в сравнении с другими характерными временами, в течение которых в системе происходят существенные изменения (химические превращения, пребывание в реакторе и т.п.). В этом слз чае можно говорить о новом (дисперсионном) механизме продольною перемешивания как о процессе слу чайного блуждания вдоль оси аппарата, и в этом слу тае возможен переход к дисперсионной (волновой) модели массопереноса [8]. [c.10] Таким образом, одномерная стационарная дисперсионная модель осевого массопереноса имеет вид [6]. [c.10] Поскольку реагент из объема струи, обтекающей зерно, диффундирует к его поверхности, где происходит конверсия реагента с конечной скоростью к, просуммировав которую на поверхности всех зерен катализатора, можно оценить коэффициент К. [c.11] Граничные условия для (1.11) задаются, в отличие от диффузионной модели, лишь на входе в реактор [6]. [c.11] Безразмерные параметры аь 2 могут быть получены при задании величин а, w. К. [c.11] Сравнение с численными решениями, а также с экспериментальными данными [6,8,9] показывает, что решение (1.16) дает значительно лучшую аппроксимацию осевого профиля концентрации усредненного по сечению, чем полученную с помощью диффузионной модели. [c.11] Работа имела частичную финансовую поддержку со стороны РФФИ (Гранты 00-02-18033, 00-03-32055). [c.12] При расчете химико-технологических процессов возникает необходимость расчета ламинарного установившегося течения жидкости в каналах различной формы. Такие течения изучались многими авторами [12-14]. Важно отметить, что соответствующие уравнения гидродинамики в этих случаях допускают точное аналитическое решение. [c.12] Уравнение (2.1) следует дополнить условием прилипания (У=0) на поверхности канала. [c.12] В случае а Ь формулы (2.7) переходят в формулы (2.5). [c.13] Уменьшение расхода жидкости по сравнению с круглым каналом обусловлено наличием угловых точек, в окрестности которых скорость вязкой жидкости заметно снижается. [c.13] Сравнивая полученный результат с расходом для круглого канала с равной площадью поперечггого сечения, заметим, что расход жидкости в первом случае существенно ниже. [c.13] Наиболее важным безразмерным геометрическим параметром, характеризующим форму поперечного сечения, является отношение, где р - периметр поперечного сечения канала. [c.14] Теплоперенос при ламинарном течении жидкости по каналам различной формы. Приведем некоторые результаты для предельных чисел Нуссельта, соответствующих области тепловой стабилизации потока в случае больших чисел Пекле. Введем эквивалентный диаметр (1 (с1=48/р). [c.14] Заметим, что его точность не высока и уменьшается по мере того, как форма поперечного сечения канала становится отличной от формы круга, т.е. по мере уменьшения параметра формы. [c.15] Заметим, что задачи теплообмена при ламинарном течении жидкости в трубах различной формы рассматривались также в [15, 16]. [c.15] Вернуться к основной статье