Диффузионный перенос вещества в зернистом слое

III. 2. Диффузионный перенос вещества в зернистом слое Коэффициенты диффузии и дисперсии [c.84]

При обтекании тел сложной геометрической формы уравнения (1П.13) становятся практически неразрешимыми. Было бы бессмысленно, например, пытаться таким образом определить диффузионный поток на поверхность частиц, уложенных в плотный зернистый слой. Б этом случае эффективная толщина диффузионного слоя или коэффициент массопередачи Р = DJЬ могут быть определены только экспериментально. Опыты по измерению коэффициента массопередачи проводят в условиях, когда гетерогенная реакция протекает практически мгновенно и скорость исследуемого процесса лимитируется исключительно переносом вещества к активной поверхности. Экспериментальные данные удобно представлять в виде функциональной зависимости между безразмерными параметрами [c.104]

Для оценки стационарных режимов зернистого слоя в целом необходимо, таким образом, хотя бы качественно исследовать характер решений уравнений (VI.144) и (VI.145). Заметим, что первые два члена этих уравнений описывают перенос вещества и тепла, соответственно в поперечном и продольном направлениях. Возможны два предельных режима теплопереноса [36]. Первый — почти адиабатический, когда отвод тепла на стенку незначителен и практически все тепло реакции уходит на нагревание реагирующего потока. В этом режиме первый член уравнения (VI.145) пренебрежимо мал повсюду, кроме ближайшей окрестности стенки реактора. Переход трубчатого реактора в почти адиабатический режим является крайне нежелательным, поскольку при этом не решается главная задача аппарата этого типа — обеспечение отвода тепла реакции на стенку — и температура в центре реактора быстро возрастает, вызывая угрозу перехода процесса в диффузионный режим. Желательным обычно является другой предельный режим работы реактора, который можно назвать почти изотермическим. В этом режиме тепло реакции отводится в основном на стенку, а изменение температуры по длине реактора мало. Соответственно второй член уравнения (VI. 145) мал по сравнению с первым и в первом приближении может быть отброшен. Из сравнительной оценки обоих членов ясно, что условие работы реактора в почти изотермическом режиме имеет вид [c.254]

Основной метод теоретического определения эффективных коэффициентов переноса в зернистом слое, которым мы будем пользоваться в последующих разделах этой главы, состоит в следующем. На основе выбранной модели слоя рассчитывают статистические характер истики процесса переноса трассирующего вещества в зернистом слое. В наиболее интересных случаях нельзя найти функцию распределения времени пребывания слоя или пространственного положения трассирующего вещества в явном виде. Этого, однако, и не требуется для решения поставленной задачи, так как наиболее удобной характеристикой процессов гидродинамического перемепш-вания являются статистические моменты, определяемые с помощью метода характеристических функций. Эффективные коэффициенты переноса определяются из сравнения вычисленной дисперсии распределения с дисперсией, соответствующей диффузионной модели слоя. Вычисление высших статистических моментов, характеризующих отклонение формы распределения от нормального закона, дает возможность установить пределы применимости диффузионной модели. [c.221]

Для объяснения экспериментальных данных по гидродинамиче-скому перемешиванию был выдвинут ряд моделей зернистого слоя. Наиболее удачной оказалась дискретная ячеистая модель, которая согласуется с описанной выше гидродинамической картиной течения в слое. Первоначальным вариантом дискретной модели была модель ячеек идеального смешения [12, 16], хорошо объяснившая данные по продольному перемешиванию в потоках газа. Для описания про- дольного перемешивания в потоках жидкости, где наблюдаются более сложные зависимости эффективного коэффициента продольной диф-, фузи от скорости потока, были выдвинуты различные варианты моделей с застойными зонами. Первой моделью этого типа была модель Тернера—Ариса [17]. Согласно этой модели зернистый слой рассматривали как канал постоянного поперечного сечения, характеризующийся определенными значениями линейной скорости по- тока и коэффициента продольной диффузии, от стенок которого отходят тупиковые каналы-ответвления, где по предположению, конвекция отсутствует и перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии. В последующих работах [18] застойные явления рассматривали в рамках ячеистой модели. Метод анализа таких систем, использующий аппарат характеристических -функций, был указан в работе Каца [19]. Расчеты но различным вариантам моделей с застойными зонами позволили объяснить наблюдаемые в потоках жидкости пониженные значения числа Ре ц и наличие хвостов у функций распределения времени пребывания в слое. Недостатком этих работ является, однако, то, что физический смь л застойных зон в них не конкретизируется вследствие этого оказалось невозможным выявить непосредственную связь характеристик продольного перемешивания с параметрами зернистого слоя и провести количественное сравнение теории с экспериментом. Готтшлих [20], пытаясь придать модели Тернера—Ариса физиче- ское содержание, предположил, что роль тупиковых каналов или застойных зон играет диффузионный пограничный слой у поверхности твердых частиц. Оценка толщины диффузионного слоя, необходимой для объяснения экспериментальных данных по продоль-) ному перемешиванию, не совпала, однако, с толщиной диффузионного пограничного слоя, оцениваемой на основе измерения коэффициента массопередачи (см. раздел VI.3). Это несоответствие было отнесено автором на счет влияния распределения толщины диффузионного слоя на неравнодоступной поверхности твердых частиц. Экспериментальное исследование локальных коэффициентов массопередачи в зернистом слое показывает [7 ], что в нем имеются области, массопередача к которым резка затруднена — зоны близ точек соприкосновения твердых частиц. Расчет по модели ячеек с застойными зонами близ точек соприкосновения твердых частиц [21 ] позволил [c.220]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология