Модели продольного перемешивания в колонных аппаратах

В настояшей главе рассматривается расчет колонного аппарата при прямо- и противотоке с учетом продольного перемешивания в приближении однопараметрической диффузионной модели. Задача расчета сводится либо к нахождению высоты колонны, соответствующей заданной степени извлечения, либо к определению степени извлечения при заданной высоте колонны. Как будет показано ниже, первая задача значительно проше при численных расчетах, чем вторая. [c.299]

Для количественной оценки эффекта продольного перемешивания в колонных аппаратах предложен ряд методов, базирующихся на различных физических моделях гидродинамической структуры потоков. К большинству колонных аппаратов, используемых в химической технологии, применимо несколько взаимосвязанных типовых моделей, представляющих с рой частные случаи единой обобщенной модели. Анализ работы колонных аппаратов с учетом гидродинамической структуры потоков позволяет путем сочетания наиболее благоприятных тепло- или массообменных характеристик одного из них и гидродинамической обстановки в другом подойти к созданию новой оптимальной конструкции. [c.9]

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЕЙ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В НЕПРОТОЧНЫХ КОЛОННЫХ АППАРАТАХ [c.61]

Движущая сила массопередачи имеет максимальное значение при работе аппарата в режиме идеального вытеснения число единиц переноса и высота аппарата в этом случае минимальны. В реальных аппаратах движение фаз может в значительной степени отличаться от модели идеального вытеснения. Степень отклонения реальной структуры потоков от модели идеального вытеснения (степень продольного перемешивания) для колонных аппаратов чаще всего оценивается на основе диффузионной модели коэффициентами продольного перемешивания. [c.53]

Модели продольного перемешивания в колонных аппаратах [c.23]

ДИФФУЗИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В КОЛОННЫХ АППАРАТАХ [c.106]

Сопоставление диффузионной и ячеечной моделей продольного перемешивания для непроточных аппаратов дано в работах [35, 36. Расчетным путем показано, что для несекционированных колонн использование ячеечной циркуляционной модели не обосновано, а для секционированных при га > 6 расчеты по диффузионной и рециркуляционной модели дают идентичные выражения для кривой отклика. В работе [35] приведено сопоставление расчетных кривых отклика для рециркуляционной и диффузионной модели с экспериментальными кривыми.. Опыты проводились в непроточной секционированной колонне с механическим перемешиванием. Высота колонны 990 мм, диаметр 190 мм, га = 8. [c.176]

Аналогичный вывод сделан относительно проточных колонн [36]. Авторы работы [35] считают, что рециркуляционная модель продольного перемешивания применима к аппаратам, для которых га можно определить из их конструктивных особенностей. При отсутствии секционирования предпочтительно использовать диффузионную модель. При 10 расчет моментов кривых отклика для рециркуляционной и диффузионной моделей практически совпадает. [c.176]

Из приведенного обзора экспериментальных работ следует, что диффузионная модель продольного перемешивания может быть использована с удовлетворительной точностью для расчета массо-и теплообмена в колонных аппаратах при Я/Ок > 10. Однако мё-ханизм продольного перемешивания изучен мало и предложенные в литературе соотношения для зависимости от физико-химических, геометрических и режимных параметров не могут быть использованы для надежной экстраполяции. [c.177]

Продольное перемешивание является одним из основных факторов, определяюш их статические и динамические свойства насадочных колонн, причем степень этого влияния зависит от гидродинамической обстановки в аппарате. При построении математических моделей насадочных колонн как объектов с распределенными параметрами с учетом продольного перемешивания возможны два подхода описание процесса на основе дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка — диффузионная модель, либо приближенное представление непрерывного процесса многоступенчатым с сосредоточенными параметрами в каждой ступени — ячеечная модель. [c.244]

Более строгое рассмотрение задачи с учетом как диффузии в твердой фазе, так и эффекта продольного перемешивания было проведено в работе [238]. При этом принималось обычно используемое в анализе других противоточных непрерывных процессов допущение, что продольное перемешивание в аппарате колонного типа можно описать диффузионной моделью потока [239] (см. главу 4, 9). Поскольку при глубокой очистке веществ содержанпе примеси в твердой фазе хи жидкой фазе г/ мало (х 1, г/ 1), в выражении для скорости массообмена на границе раздела фаз влиянием нелинейных членов можно пренебречь п принять, что V = [c.228]

Среди приближенных математических моделей, предложенных для оценки интенсивности продольного перемешивания, наибольшее распространение нашли диффузионная и различные модификации ячеечной модели. Ячеечную модель обычно применяют для секционированных аппаратов, а диффузионную - для несекционированных колонн [204-206]. [c.147]

Продольное перемешивание непроточной фазы в колонных аппаратах может быть математически описано на основе как диффузионной, так и рециркуляционной модели. Для экспериментального определения параметров моделей применим, очевидно, лишь импульсный метод исследования. [c.62]

В границах применимости диффузионной модели предполагается, что коэффициент продольного перемешивания постоянен по всему объему аппарата и концентрация постоянна по сечению вплоть до места ввода трассера. Эти допущения не совсем корректны, поскольку в месте ввода трассера поперечная неравномерность может быть значительной и гидродинамические условия на входе и выходе из колонны иные, чем в ее объеме. Однако при высоте колонны, значительно большей ее диаметра, концевыми эффектами можно пренебречь. При соизмеримых значениях высоты и диаметра колонны диффузионная модель неприменима. 148 [c.148]

Ниже изложены методы расчета массо- и теплообмена в противоточных колоннах с учетом продольного перемешивания в рамках диффузионной модели. Экспериментальные данные подтверждают применимость диффузионной модели для колонных аппаратов при не слишком малых отношениях высоты колонны к ее диаметру. [c.231]

Игнорирование явления продольного перемешивания при обобщении результатов экспериментальных исследований лабораторных моделей колонных аппаратов является одной из главных причин того, что попытки распространения этих обобщений на аппараты промышленных размеров оказываются часто безуспешными. [c.9]

Исследование процессов жидкостной экстракции в колонных аппарат,ах с подводом и без подвода внешней энергии связано с необходимостью отыскания таких параметров, которые оказывают существенное влияние на процесс экстракционного извлечения. Нахождение взаимосвязи между внутренними и внешними параметрами системы в виде математической модели, отражающей сущность процесса, позволяет проводить расчеты высоты колонных экстракторов. К внешним параметрам процесса относятся расходы растворителей, скорость вращения ротора в РДЭ, интенсивность пульсации в пульсационных колоннах, число тарелок в тарельчатых колоннах и т. д. К в>нут-ренним параметрам можно отнести удерживающую способность колонны, скорость массопередачи, величину продольного перемешивания по каждой из фаз и т. д. [c.107]

Применение модели. Однопараметрическая диффузионная модель значительно лучше, чем модель идеального вытеснения, соответствует процессам в реальных аппаратах химической технологии, в которых перемещение веществ проводится по принципу вытеснения, например, в трубчатых реакторах, противоточных колонных аппаратах и т. д. К недостаткам этой модели относятся сложность установления граничных условий и необходимость предварительной оценки коэффициента продольного перемешивания. [c.116]

Е Исследование продольного перемешивания с учетом эффективной и застойной зон с использованием модели источников и стоков и прямого гидродинамического метода определения кривых отклика показало, что коэффициент продольного перемешивания возрастает с увеличением расхода жидкости и падает с ростом нагрузки по газу. В интенсивных гидродинамических режимах профили скоростей потока выравниваются, что снижает коэффициент продольного перемешивания. Аналогичный характер зависимости наблюдается и для скорости потока жидкости. С ростом нагрузок по газу и жидкости критерий Пекле уменьшается. В проточных зонах аппарата устанавливается экстремальный характер зависимости критерия Пекле от нагрузки по газу и плотности орошения в колонне. Коэффициенты продольного перемешивания, определенные индикаторным методом, значительно выше (в некоторых режимах в несколько раз), чем полученные прямым методом. Разница между их значениями исчезает в режиме эмульгирования, что объясняется отсутствием застойных зон. [c.407]

В то же время недавно при расчетах экстракции с учетом продольного перемешивания были получены надежные результаты [1]. Принимая во внимание влияние прямого и обратного перемешивания, были определены общие коэффициенты массопередачи на модели роторно-дискового контактора (РДК) диаметром 50 мм, а также на промышленной колонне диаметром 2000 мм. Коэффициенты массопередачи оказались одинаковыми для обоих аппаратов. Таким образом была показана возможность надежного моделирования экстракционных колонн. [c.173]

ДИФФУЗИОННАЯ МОДЕЛЬ Характеристика модели. Диффузионная модель получила широкое распространение при оценке реальных потоков в аппаратах, в которых происходит продольное или продольное и радиальное перемешивание (например, поток в слоях насадки колонных аппаратов). [c.105]

Оценка параметров диффузионной модели в аппаратах с переменным продольным перемешиванием. При исследовании колонных аппаратов обычно определяют усредненный коэффициент продольного перемешивания, хотя в реальных условиях он может быть различным на разных участках. Это может быть вызвано непостоянством структуры потоков по высоте аппарата и их физических свойств, местными нарушениями этой структуры. Обычная диффузионная модель в этих случаях недостаточно точно отражает физическую сущность процесса. Это особенно важно при оптимизации и проектировании тепло-, массообменных аппаратов, химических реакторов, когда необходимо выявить участки с наихудшей для проведения процесса гидродинамической обстановкой. Для этого нужно определить параметры продольного перемешивания Ре на отдельных участках аппарата. [c.97]

Описание нестационарной абсорбции в насадочной колонне. Рассмотренные ранее модели процесса абсорбции относились к стационарному случаю. В нестационарных условиях особую важность приобретает учет распределенности в пространстве и во времени основных гидродинамических параметров процесса удерживающей способности, расхода жидкости в колонне, перепада давления. Многочисленными экспериментальными исследованиями было показано существование продольного перемешивания и застойных областей в насадочных абсорберах. В связи с этим модель абсорбера должна также отражать неравномерность распределения элементов потока в аппарате по времени пребывания и наличие взаимного обмена между газовой фазой, проточной зоной потока жидкости и застойной зоной потока жидкости с количественным выражением интенсивности обменных процессов. [c.292]

В общем случае массопередача в тарельчатых аппаратах, как известно, описывается математической моделью структуры потоков с продольным перемешиванием и поперечной неравномерностью потоков (байпасом пара и жидкости), провалом и уносом жидкости с контактных устройств и неполным перемешиванием пара в сепарационном пространстве колонны. Параметрами таких моделей являются критерий Ре или числа секций полного перемешивания s, относительный унос жидкости е, доля провала доля байпаса жидкости f и, наконец, число единиц переноса Nqg или локальная эффективность массопередачи Еу. [c.249]

При этом должны быть известны основные материальные потоки в аппарате 0 , О, (3 а также параметры модели, коэффициент продольного перемешивания в жидкой фазе Оэф и коэффициент массообмена между увлекаемой кристаллами пленкой и потоком флегмы Му- Количество увлекаемой кристаллами пленки О зависит от коэффициента захвата к и величины потока кристаллов В свою очередь, последний обеспечивает необходимый поток флегмы то есть некоторое флегмовое число Ф, которое оказывает большое влияние на эффективность работы всей колонны. Так, проведенные расчеты для О = = 0,525 кг/(м с) степени извлечения 0,4 к = 0,35 Сц = = 0,98 кг/кг Лiv = 9,2 l0- кг/(м -с) Оэф — 0,101 10- м /с показали, что при увеличении Ф наблюдается резкое падение высоты зоны обогащения, и она стремится к некоторой постоянной величине в зависимости от исходной концентрации со (рис. 2.20). Таким образом, для успешного решения задачи по определению геометрических размеров аппарата, обеспечивающего заданную производительность и качество продукта, необходимо знать ряд величин —Оэф, а, зависящих как от технологических параметров процесса, так и от конструктивных особенностей аппарата. В то же время в литературе пока практически отсутствуют данные ио большинству из этих величин, за исключением, пожалуй, работы [32], где значения АЬ, Оэф, х были получены для шнековых кристаллизаторов при разделении бинарных эвтектических смесей /г-ксилол — о-ксилол и п-ксилол — бензол. [c.112]

Эффективность работы контактных кристаллизационных колонн, как и других массообменных аппаратов, существенно зависит от интенсивности продольного перемещивания. Однако, это явление в кристаллизационных колоннах исследовано пока недостаточно. Для анализа работы секционированных колонн (роторные кристаллизаторы) обычно используют ячеечную модель. Для таких аппаратов установлено [146], что с увеличением скорости вращения мешалок интенсивность межсекционной рециркуляции возрастает, а с увеличением числа секций снижается. Для анализа продольного перемешивания в распылительных колоннах чаще используют диффузионную модель. Некоторые данные о продольном перемешивании в сплошной фазе при кристаллизации мирабилита в колонне распылительного типа приведены в работе [148]. [c.136]

Вначале концевые эффекты объясняли интенсивным массооб-меном, вызванным турбулизацией потоков в месте их входа в аппарат. Позднее [206] эти эффекты были объяснены продольным перемешиванием сплошной фазы. Оказалось [204], что экспериментальный профиль концентраций в распылительных колоннах располагается между расчетными профилями концентраций в. режимах идеального перемешивания и идеального вытеснений.. Расчеты показали, что модели идеального перемешивания соответствует наибольший концевой эффект, постепенно убывающий при переходе к поршневому потоку. Таким образом, концевой эффекту входа сплошной фазы в колонну не является следствием большого локального коэффициента массопередачи, а обусловлен конвективными потоками, не учитываемыми моделью идеального вытеснения. В результате из-за снижения движущей силы процесса уменьшается интенсивность межфазного массо- или теплообмена. [c.201]

Однако, несмотря на явное преимущество колонн, широкое внедрение этих аппаратов тормозится необходимостью испытания промышленных образцов на реальных растворах, так как эффективность работы крупных экстракторов практически невозможно определить заранее на лабораторной модели. Это объясняется тем, что при больших сечениях колонны возникают трудности с обеспечением равномерного распределения фаз по сечению и высоте, а также увеличивающейся ролью продольного перемешивания. [c.132]

В сообщении 2 для описания гидродинамики сплощной и дисперсной фаз в грануляционной колонне выбрана упрощенная модель идеального вытеснения. Для более точного описания потоков в колонном аппарате необходимо знать значение критерия Пекле для продольного перемешивания [c.144]

В этой главе в основном излагаются методы определения коэффициентов продольного перемешивания Оа в приближении однопараметрической диффузионной модели. Оценены преимущества и недостатки применяемых методов. Для нестационарных методов ввода трассера (импульсного и ступенчатого) рассматриваются статистические методы решения обратных задач (определение коэффициента продольного перемешивания по экспериментально найденной кривой отклика). Приводятся формулы и графики для расчета Оа в колоннах ограниченной высоты и в предельном случае Н- оо. Обсуждаются экспериментальные работы, в которых дается обоснование и оценка границ применимости диффузионной модели и приводятся формулы приближенных расчетов коэффициента продольного перемешивания по известным значениям фн-зико-химических, геометрических и режимных параметров аппарата. [c.145]

Ячеечная модель колонного экстрактора. Ячеечная модель используется для описания процесса массопередачи в колонном экстракторе с продольным перемешиванием при противоточном движении фаз. При использовании ячеечной модели аппарат разбивают по высоте на ряд последовательно соединенных ячеек с идеальным перемешиванием потоков фаз. Концентрация распределяемого компонента в фазах экстракта или рафината внутри каждой ячейки равна его концентрации в соответствующей фазе на выходе из данной ячейки. Продольное перемешивание по высоте колонны влияет на число ячеек [93,94]., [c.168]

Анализ целесообразно начать с комбинированной модели как наиболее общей, из которой при соответствующих значениях определяющих параметров вытекают в виде частных случаев рециркуляционная, диффузионная и ячеечная модели. Анализ математических моделей продольного перемешивания в аппаратах с застойными зонами следует произвести отдельно. Очень важны для практики теоретические модели, применимые к исследованию продольного перемешивания в экстракционных колоннах с концевыми отстойниками и модели, позволяющие определять интенсивность продольного церемешивания на отдельных участках аппарата. [c.81]

Математическая модель процесса разработана при следующих упрощающих предположениях. Концентрация абсорбтива по сечению колонны принимается постоянной. Пренебрегается продольное перемешивание по сплошной фазе, т. е. линейные скорости газа в промышленных распылительных аппаратах - порядка 5-10 м/с. Пренебрегается коагуляция и дробление капель и зависимость критерия Шервуда от степени турбулентности газового потока. [c.253]

Заметим, что опытная кривая отклика может быть практически одинаково близка теоретическим функциям отклика как диффузионной, так и рециркуляционной модели. Однако для описания процесса в непроточной секционированной колонне при интенсивном перемешивании, когда секции близки к ячейкам полного перемешивания, предпочтительнее рециркуляционная модель, поскольку она лучше, чем диффузионная, отражает физическую картину перемешивания в таком аппарате. Для описания же продольного перемешивания в непроточной несекционнрованной колонне, а также в аппаратах, где невозможно по конструктивным признакам определить число ячеек полного перемешивания, целесообразнее использовать диффузионную модель. [c.80]

Результаты сопоставления представлены на рис. IV-1. Как видно, уравнение (IV.49) дает значения Реэф, справедливые в областях Ре/п 2, л 0,5 (или f l) и Ре/п 1, х 0,66 (или f 2). Следовательно, в этих областях уравнение (IV.49) отражает вклад обратных потоков и степени перемешивания внутри ячеек (секций) колонного аппарата в явление продольного перемешивания. (Следовательно, уравнение (IV.49) можно использовать для обработки экспериментальных данных по продольному перемешиванию в секционированных колоннах на основе диффузионной модели. [c.96]

Изеестные теоретические модели, используемые для описания продольного перемешивания в колонных аппаратах, можно рассматривать как частные случаи обобщенной, или комбинированной, модели это позволяет при достаточной длине аппарата формально аппроксимировать одну модель другой. [c.252]

Остается определить коэффициент массопередачи ку, входяпщй в уравнения модели (7.140). Трудности в определении коэффициента ку состоят в том, что в литературе подавляющее большинство корреляций для к дано без учета продольного перемепшвания в аппарате, т. е. исходя из модели идеального вытеснения. Непосредственно использовать эти данные в модели (7.140), учитывающей неравномерность распределения элементов потока по времени пребывания в аппарате, нельзя, так как эти значения ку не соответствуют принятой структуре модели (7.140). Таким образом, для расчета процесса по модели (7.140) необходима либо постановка соответствующих экспериментов по определению коэффициента к с учетом продольного перемешивания в колонне, либо разработка специальной методики пересчета существующих экспериментальных данных, которая позволила бы ввести поправку в известные значения ку на неидеальность модели структуры потоков в аппарате. [c.420]

Для расчета и анализа работы насадочных колонн в соответствии с диффузионной моделью требуются данные по продольному перемешиванию (см. гл. И). Коэффициент продольного перемешивания п его завпсидшсть от различных факторов (размеров, аппарата, скорости потока, физических свойств среды и т. д.) устанавливаются опытным путем с помощью анализа импульсных кривых [48—50]. [c.89]

Создание конструктивногхз варианта насадки, обеспечивающего надежное моделирование параметров, полученных на лабораторной модели, в промыщленных аппаратах. Эта задача была решена при разработке насадки КРИМЗ, имеющей большое проходное сечение и позволяющей при пульсации обепечить необходимое дробление дисперсной фазы, достаточно равномерное распределение реагентов в колоннах большого сечения при сравнительно небольшой величине продольного перемешивания [26]. [c.120]

При структуре потоков, соответствующей модели идеального вытеснения, влияние загрязняющего действия материала аппаратуры возрастает с увеличением высоты колонны. Это приводит в конечном счёте к тому, что, начиная с некоторого момента, несмотря на увеличение высоты колонны, степень очистки остается постоянной [3]. При наличии продольного перемешивания и стационарного поступления примеси из материала аппаратуры величина эффективной высоты сдвигается в сторону больших значений, что подтверждается данными, приведенными на рис. 2. При построении этих зависимостей было принято, что Л оу=5 и Во = 35 при /к=1 м, а кэффициент продольного перемешивания по высоте аппарата не изменяется. Как видно из рис. 2, при данных условиях [c.45]

Выполнение расчетов промышленных аппаратов связано с рядом трудностей при учете влияния продольного перемешивания на процесс разделения в колонне. Трудности вычислительного характера обычно преодолевают, принимая целый ряд допущений, которые не всегда соответствуют реальному процессу. Так, например, допускают отсутствие продольного перемешивания в одной из фаз или принимают линейное равновесное распределение в рабочей области, что порой является грубым приближением. Наиболее простым методом решения уравнений математической модели с учетом обратного перемешивания является итерационный метод с заданием начального приближения по концентрации на одном конце аппарата и проверкой выполнения граничного условия на другом конце [78]. Если граничное условие не выполняется, то ыбирается новое приближение, вычисляют новый профиль концентрации по высоте аппарата и вновь проверяют выполнение условия на границе. Вычисления повторяют до тех пор, пока рассчитанное и заданное значение концентрации на границе не будут совпадать с заданной точностью. Недостаток данного метода заключается в трудности выбора начального приближения, поскольку про- [c.125]