ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование процессов смешения из "Акустическая технология в нефтехимической промышленности" Условиями идеального смешения называют условия бесконечно высокой интенсивности перемешивания, при которых значения концентрации и температуры во всех точках объема аппарата в любой момент времени одинаковы. Изменение концентрации происходит во всех точках объема одновременно, и вещество, вводимое в какую-либо часть аппарата, мгновенно распределяется по всему объему. [c.52] Предельному значению 1 = 0 соответствует понятие состояния максимальной смешиваемости [34]. Для любой другой степени смешения величина I оказывается меньше единицы и может служить мерой сравнения уровней смешения в различных реакторах. [c.54] В основе моделирования состояния частичной сегрегации, как правило, лежит предположение о том, что часть реакционной среды находится полностью в сегрегированном состоянии, а часть — в состоянии микросмешения. Соотношение объемов зон аппарата, в которых осуществлено смешение на уровне отдельных молекул и элементов жидкости, зависит от режима перемешивания и конструкции реактора. [c.54] Как следует из [35], значения времени пребывания отдельных элементов жидкости в смесительном аппарате неодинаковы и распределены по некоторому закону, зависящему от структуры потоков и особенностей макромасштабного переноса в аппарате. [c.54] Авторы работ [35,36] представили смесь на выходе из аппарата состоящей из элементов жидкости, которые покидают систему в состоянии макро- и микросмешения. Первую группу образуют элементы с малыми, а вторую с большими значениями времени пребывания. На этой основе построен ряд математических моделей реакторов, предложенных авторами этих работ. Последовательная модель (рис.3.1) отражает допущение, что поток поступает в реактор в сегрегированном состоянии, при этом часть потока с малым временем пребывания покинет реактор в том же сегрегированном состоянии, а другая часть потока — с большим временем пребывания — покинет реактор в состоянии микросмешения. В основу параллельной модели (рис.3.2.) промежуточного уровня смешения положено допущение, что поток еще до поступления в реактор состоит из элементов, перемешанных частью на макро-, а частью на микроуровне, причем количество тех и других элементов определяется величиной некоторого времени пребывания. [c.54] Для расчета степени превращения на основе рассмотренных и аналогичных им моделей требуется [36] знание критической вел(ичины времени пребывания, достаточной для микросмешения, и функций распределения времени пребывания для всех пойтупающих в реактор потоков. Вид этих функций в свою очередь зависит от свойств веществ, условий перемешивания, а также от схемы протока через аппарат. [c.54] Предложен также ряд моделей [37,38,39], основанных на представлении объема реактора как системы зон макро- и микросмешения. Так как энергия, подводимая к перемешиваемой жидкости, распределяется по объему неравномерно, в реакторе существуют области с различной степенью турбулизация. При этом в зоне с наибольшей турбулизацией создаются условия, наиболее благоприятные дпя микросмешения. В модели, предложенной авторами [39] для аппарата с мешалкой и отражательными перегородками, обмен между зонами микросмешения (зона мешалки, объемом ) и двумя зонами макросмешения (ниже мешалки, объемом У,, и выше мешалки, объемом У ) рассматривается как результат наличия двухконтурной циркуляции. Параметры модели — отношение объемов зон, циркуляционный расход, а также число ячеек смешения N в зоне Ут — определяются путем обработки экспериментальных данных. При наличии сведений о кинетике реакции эта модель позволяет рассчитать степень превращения с учетом влияния частичной сегрегации. [c.56] Результаты анализа, выполненного в работах [38,39], позволили выявить определенные закономерности, связанные с влиянием условий перемешивания на степень сегрегации в реакторе. Установлено, в частности, что высокая степень сегрегации в аппарате с мешалкой может иметь место даже при высоких значениях кратности циркуляции, если объем зоны микросмешения мал. С другой стороны, при достаточно больших значениях (что соответствует малым отношениям радиусов аппарата и мешалки) условия в аппарате приближаются к микросмешению. В ряде работ [40,41,42] рассматривается взаимосвязь между интенсивностью смешения и локальными характеристиками турбулентности. [c.56] Увеличение зоны И ,как видно из формулы 3.5, ведет к уменьшению числа ячеек макросмешения При этом происходит интенсификация процесса перемешивания за счет приближения условий смешения к условиям, близким к идеальному смешению. [c.57] Как ячейку идеального смешения, по нашему мнению, можно рассматривать камеру закручивания центробежной форсунки. При прохождении жидкости через камеру происходит слияние нескольких струй, образующихся во входных каналах камеры, и вращающихся в одном направлении. Схематическое изображение потока жидкости через такой смеситель указано на рис.3.3. Микросмешение в таком смесителе обеспечивается за счет практически одинакового времени пребывания всех частиц жидкости в зоне смешения и идентичными условиями прохождения всего потока жидкости через вихревую смесительную камеру. [c.57] Схемы потоков для комбинированных моделей последовательного и параллельного типа представлены на рис.3.4, и рис.3.5. В обоих случаях по указанным выше причинам потоки жидкости смешаны перед входом в распылительный смеситель только на макроуровне. Прохождение потока жидкости через проточный центробежный (вихревой) смеситель и дополнительное диспергирование - перемешивание при распылении обеспечивают смешение на микроуровне. [c.58] Вихревые акустические гомогенизаторы предназначены для высокоэффективного перемешивания жидких продуктов и получения дисперсий, обладающих повьпиенной устойчивостью к расслоению. [c.58] На рис. 3.6. представлен разработанный нами элемент гомогенизатора, который может быть использован как самостоятельный смеситель с одной вихревой камерой или как часть сложного смесителя с несколькими вихревыми камерами. Устройство выполнено в виде вихревой камеры с тангенциальными входными отверстиями. Жидкость, поступающая в камеру, приобретает интенсивное вращательное движение и выбрасывается в трубопровод. С увеличением степени закрутки возникают градиенты в радиальном и осевом направлениях. Это приводит к снижению давления в жидкости в приосевой зоне до величин, меньших давления внешней среды. [c.58] В предлагаемом устройстве гомогенизатора вокруг выходного сопла выполнена тороидальная вихревая камера. Она служит для усиления амплитуды генерируемых волн в резонансном режиме. Кроме того, усилению амплитуды способствуют волны, генерируемые на острой входной кромке. Когда радиальнотангенциальный поток топлива с большой скоростью натекает на острую кромку на входе в тороидальную вихревую камеру, на ней возбуждаются автоколебания малой амплитуды, которые генерируют волны клинового тона , частота которых зависит от скорости истечения, плотности подаваемого топлива и жесткости самой кромки и стенки тороидальной камеры. [c.59] Конструкция гомогенизатора предусматривает возможность настройки на резонансную частоту как за счет изменения расстояния до острой кромки и изменения угла заточки острой кромки, так и за счет изменения объема тороидальной камеры. На рис.З.бА. представлен вариант гомогенизатора, в котором указанные действия осуществляются при изменении степени закручивания сменных головок выходного сопла, имеющих разную степень заточки острой кромки. Поскольку кромка подвергается интенсивному кавитационному воздействию, головка может быть изготовлена из твердосплавной стали. [c.59] Наиболее перспективна конструкция акустического гомогенизатора со сменными разъемными тороидальными камерами (рис.З.бБ.), имеющими различные по форме профили (рис.З.бВ.). Настройка гомогенизатора на резонансную частоту осуществляется как за счет смены самой тороидальной камеры, так и за счет изменения ее объема и, соответственно, расстояния до острой кромки. Конструкция обеспечивает высокую технологичность изготовления изделия и возможность изменения гидрав-лич ких и акустических характеристик гомогенизатора в широких пределах. [c.59] Для регистрации и анализа амплитудно-частотных характеристик акустических гомогенизаторов использован универсальный анализатор модели Аи-014, представляющий собой автономный портативный переносной микропроцессорный виброизмерительный прибор. Прибор позволяет измерять и анализировать динамические сигналы (вибрацию) с возможностью записи результатов измерений в долговременную память, последующего их просмотра и разгрузки в базу данных на персональном компьютере через последовательный интерфейс К8-232 при использовании программного пакета ТРЕНД-ТЕСТ при использовании версии 1.14 и выше. Устройство укомплектовано двумя пьезодинамическими датчиками виброускорения дифференциального типа со встроенными предусилителями, обеспечивающими высокую чувствительность, помехозащищенность и линейность характеристики во всем частотном диапазоне измерений. Прибор позволяет проводить спектральный анализ вибрации в диапазоне от 0,4 до 10000 Гц с разрешением 200 линий спектра. [c.61] Акустические характеристики гомогенизатора при заданных расходных характеристиках и геометрических размерах регулируются за счет изменения объема резонансной камеры и наличия противодавления в системе. [c.61] Повышение статического давления в жидкости является эффективным методом увеличения кавитационной эрозии [43]. Поскольку максимальная амплитуда звука р в кавитационной области редко превышает значение ( 0,4 - 0,6 ) р , то повышение статического давления позволяет увеличить амплитуду звука, действующего на пузырек, и, следовательно, существенно увеличить скорость захлопывания пузырька. Повышение статического давления до5-10атм приводит к увеличению скорости эро ии на 2 - 3 порядка. [c.61] На рис. 3.7. представлена зависимость, показывающая влияние противодавления на амплитуду ускорения колебаний. Как видно из графика существует оптимальное соотношение между давлением жидкости и противодавлением в системе. [c.63] Вернуться к основной статье