ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Применение неравновесной термодинамики к расчету кинетики ректификации из "Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов" Таким образом, очевидно, что ни одна из предложенных выше моделей не учитывает совместное влияние теплообмена мемеду фазами и поверхностного натяжения на кинетику ректификации, поскольку исследование влияния этих эффектов проводилось раздельно. [c.141] В основном кинетические модели ректификации представляют собой эмпирические зависимости, справедливые для соответствующих систем и условий. Их нельзя применять при прогнозировании, а при переходе к аппаратам иного размера и режима они обусловливают значительные ошибки в определении эффективности разделения. [c.141] Дорохов с сотр. разработал кинетическ ую модель межфаз-ного переноса вещества с единых позиций неравновесной термодинамики, механики гетерогенных сред с учетом реальной гидродинамической обстановки для расчета тарельчатых ректификационных колонн. Это позволило не прибегать к эмпирическим зависимостям. На основе системного подхода было показано, как строится полное математическое описание процесса ректификации, а также исследуются возможности этого подхода для проверочного и проектного расчетов ректификационных колонн. [c.141] Явления, происходящие на первом уровне, описываются детерминированными моделями (феноменологические законы переноса субстанции) процессы, соответствующие второму уровню, имеют стохастическую природу, поэтому здесь может быть использована концепция реальной ступени разделения. [c.142] Рассмотрим составление математического описания процесса на первом уровне иерархии для элемента объема парожидкостной смеси, характерный размер которого много больше размера включений, но много меньше характерного размера решаемой задачи (например, диаметра колонны). [c.142] В работах В. Компаниец с соавт. было отмечено, что при исследовании процессов химического превращения, происходящих в условиях неизотермического турбулентного смешения реагирующих потоков, не всегда необходимо знать детальную картину движения среды, в которой протекают указанные процессы. В этом случае гидродинамические условия и пространственное распределение компонентов можно описывать с помощью осредненных величин. Такое упрощение заведомо оправдано, если исследователя интересует лишь кинетика самого химического превращения (в нашем случае межфазного переноса компонента) и явлений переноса. При этом пульсации случайных полей скорости, температуры и концентрации учитывают феноменологически с помощью эффективных коэффициентов переноса. [c.142] Для ряда случаев феноменологический подход с использованием механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики позволяет описывать гетерогенные системы. Этот метод наиболее применим к турбулизированным системам, когда каждую фазу можно характеризовать своей температурой, концентрацией и другими термодинамическими функциями, т. е. при отсутствии значительных градиентов температур и концентраций в каждой фазе в элементарном объеме гетерогенной смеси. Такое допущение вполне применимо к процессу ректификации в условиях барботажа. [c.142] Уравнение (3.48) было получено для общего случая двухфазной гетерогенной м1ногокомпонентной системы, и основная проблема, возникающая при применении его к какому-либо процессу, заключается в конкретизации параметров уравнения (теоретической или экспериментальной) и определении кинетических коэффициентов (феноменологический коэффициент энтальпия фазового перехода i n)k)- Блок-схема алгоритма расчета кинетических соотношений представлена на рис. 3.9. [c.143] Описанный прием успещно может быть применен при учете влияния поверхностного натяжения, на его основе (с помощью метода пространственного осреднения и неравновесной термодинамики) оказалось возможным получить обобщенные уравнения массопередачи для различных гетерогенных физикохимических систем и наметить единый путь обработки опытных данных. [c.145] В уравнениях для внутренней энергии рассматриваются только члены, связанные с тепло- и массообменом между фазами, остальные члены учитываются величиной А,-. [c.146] На втором уровне иерархии, характеризующем макродинами-ческую обстановку на контактном устройстве, для описания ст1 1уктуры барботажного слоя использовалась концепция реальной ступени разделения уравнение (2.55)]. [c.147] Таким образом, соотношение (3.51) позволяет обеспечить стыковку математических описаний на различных уровнях иерархии. [c.148] Использование рассмотренного выше математического описания при проектировании снимает проблему масштабного перехода, поскольку кинетическая модель процесса ректификации (на первом уровне иерархии) инвариантна относительно размера аппарата, а изменение эффективности контактного устройства обусловлено изменением гидродинамической обстановки на контактном устройстве, что количественно описывается уравнениями деформации параметров комбинированной модели структуры потока жидкости. [c.148] Приведенная выше кинетическая модель процесса описывает изменение локальной эффективности с достаточной точностью (рис. 3.11), что свидетельствует об адекватности разработанной модели. [c.150] Расчет повторяют с п. 2 до тех пор, пока состав пара, поднимающегося с тарелки, не станет таким же, как состав дистиллята. [c.150] Приведенная методика моделирования процесса ректификации была использована при анализе процесса разделения смесей этанол - вода и ацетон - вода для действующих промышленных колонн. Отклонения экспериментальных значений концентраций в точках отбора проб и рассчитанных по данной модели составляли не более 5%, что свидетельствует о точности и корректности предложенной методики. [c.150] Вернуться к основной статье