Масштабирование

Если предварительный анализ подтвердил целесообразность принятой схемы, нужно провести дальнейшие исследования, направленные на развитие метода. Теория моделирования процессов дает возможность установить, какие единичные элементы процесса должны быть изучены в несколько последовательных этапов с целью их масштабирования (четверть- и полупромышленный масштаб опытного производства, пилотная установка), а также какие [c.12]

При правильном планировании эксперимента должны выполняться два первых требования. При масштабировании процесса особенно важны требования, перечисленные в пунктах 3 —5 (см. раздел X). - [c.23]

Расчетные методы масштабирования основаны на описании всех явлений процесса с помощью математических зависимостей (чаще всего —дифференциальных уравнений). Набор таких уравнений называется математической моделью процесса. Эта модель позволяет рассчитать установку любого выбранного масштаба, в том числе и промышленного. [c.441]

Все это привело к тому, что расчетные методы масштабирования эффективно используются лишь для проектирования относительно простых и хорошо изученных единичных процессов, например теплообмена, некоторых массообменных процессов, простых химических превращений в гомогенных системах и т. п. [c.442]

Наиболее целесообразным представляется следующий способ действия. После разработки технологической концепции следует выделить те единичные элементы процесса, для которых аппараты могут быть спроектированы в промышленном масштабе непосредственно на основе лабораторных исследований. Масштабирование остальных элементов процесса необходимо проводить эмпирическим способом, применяя, однако, современные методы математической обработки экспериментальных данных и используя все возможности рациональной экстраполяции результатов для максимального ограничения числа этапов масштабирования. Важную роль при этом играют опыт и интуиция исследователя и проектировщика. [c.442]

Следует отметить, что теория подобия приносит пользу не только при экспериментальном повышении масштаба. Она используется также и при расчетном методе масштабирования. Решение уравнений математической модели для заданного набора размерных переменных правильно только для этого набора. Преобразование же уравнений математической модели в критериальные уравнения дает возможность получить решение в обобщенном виде для всего класса подобных явлений. При этом уменьшается число переменных, что облегчает представление результатов в графической или табличной форме. Поэтому в литературе теоретические решения приводятся, как правило, в виде уравнений связи между безразмерными переменными. [c.443]

Возвращаясь к масштабированию, отметим, что под понятием модель мы подразумеваем в данном случае не только геометрическое подобие аппаратов, но и подобие полей физических величин. В дальнейшем изложении аппарат меньшего масштаба будем называть моделью, а аппарат большего масштаба — образцом, не учитывая хронологическую последовательность их реализации. [c.444]

Масштабирование с применением теории подобия является общим случаем моделирования. Ниже будет показано, что соблюдение полного подобия чаще всего не позволяет сохранить оптимальных параметров процесса, полученных в меньшем масштабе. Например, если мы определили в модели оптимальное распределение [c.444]

Задачу масштабирования можно сформулировать как требование п-кратного увеличения производительности при сохранении определенных конструктивных особенностей и параметров аппарата. Величину п будем называть коэффициентом изменения масштаба. Например, коэффициент п может представлять собой отношение масс вещества, перерабатываемых в единицу времени в модели и образце. [c.445]

МАСШТАБИРОВАНИЕ ЕДИНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, В КОТОРЫХ ХОД ПРОЦЕССА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ФИЗИЧЕСКИМИ ЯВЛЕНИЯМИ [c.446]

Для повышения масштаба простых единичных процессов, таких как транспортирование материалов, массообмен или разделение веществ, можно пользоваться расчетными методами. Однако во многих случаях, когда применяются аппараты новых типов, сложные многофазные системы или вещества с недостаточно исследованными физико-химическими свойствами, приходится использовать моделирование как более точный метод масштабирования. [c.446]

Масштабирование аппаратов с мешалками для систем жидкость— газ и жидкость — жидкость. Аппараты, применяемые для перемешивания жидкостей или газа с жидкостью, чаще всего снабжаются турбинными мешалками и отражательными перегородками. Практика показывает, что в геометрически подобных аппаратах средний диаметр капель или газовых пузырей йр можно представить как функцию [c.447]

Для масштабирования используем уравнения] [c.451]

Этот результат полностью соответствует важному эмпирическому правилу масштабирования аппаратов с мешалками, согласно которому, для достижения одинаковой степени диспергирования в геометрически подобных аппаратах расход мощности в расчете на единицу объема должен быть одинаков. Частота вращения мешалки в образце должна быть несколько меньше, чем в модели [см. уравнение (Х-21)]. [c.451]

Масштабирование теплообменников. Моделирование теплообменников находит применение в тех случаях, когда отсутствуют эмпирические формулы для их расчета (сложные нетиповые аппараты) или когда неизвестны физико-химические данные, позволяющие вычислить коэффициенты теплообмена (редко встречающиеся вещества). Моделируя нетиповой аппарат для хорошо изученных систем, можно, в принципе, использовать в модели другое вещество, чем в образце. Когда неизвестны физико-химические свойства потоков, для которых проектируется аппарат большего масштаба, обязательно нужно применять одинаковые вещества в модели и образце. [c.452]

Обозначим величины, характеризующие оба пространства, и проходящие через них потоки индексами I и II . В качестве единицы масштабирования примем отношение объемных расходов потоков в образце и модели (q и дт) [c.452]

Масштабирование при приближенном подобии рассмотрим на примере теплообменника типа труба в трубе . Для упрощения будем считать, что скорость теплообмена лимитируется сопротивлением переносу теплоты до внутренней поверхности трубы, т. е. кд л а ). Как и прежде, имеем [c.454]

Важным фактором, который необходимо учитывать при масштабировании теплообменников, является гидравлическое сопротивление, определяющее расход энергии на перемещение потоков. [c.455]

Следовательно, мы должны отказаться от одного из этих условий. Как и в случае масштабирования теплообменников, с технологической точки зрения невыгодно соблюдать равенство значений критерия Рейнольдса, т. е. выполнять условие (Х-41). [c.458]

Общие выводы, касающиеся масштабирования абсорбционных колонн с насадкой, можно сформулировать следующим образом. Повышая п-кратно производительность, необходимо увеличить диаметр колонны пропорционально и сохранить постоянство отношения размера насадки к диаметру аппарата. Показатель изменения масштаба высоты колонны может изменяться в пределах от 0,4 до 0,25 в зависимости от того, оказывается ли основное сопротивление массообмену со стороны газовой фазы или со стороны жидкости. Нужно считаться с возможностью возникновения эффектов масштабирования, обусловленных нарушением подобия стекания жидкости по поверхности насадки через газ, движущийся противотоком. Важным ограничением увеличения масштаба [c.460]

Расчет промышленных реакторов непосредственно по данным лабораторных исследований возможен только в простых случаях, например для изотермических или адиабатических реакций в гомогенной среде. Выше уже указывалось, что нужно проводить исследования в промежуточном масштабе. Необходимые для проектирования данные находятся при исследованиях ь полупромышленной или опытной промышленной установках в виде эмпирических зависимостей выхода химического превращения от параметров работы реактора. Нашей целью в основном является достижение в большем масштабе оптимальных условий, полученных в меньшем масштабе. Как и при масштабировании единичных типовых процессов, в этом случае можно использовать теорию подобия. [c.461]

Как и в предыдущих примерах, в качестве единицы повышения масштаба примем /г-кратное увеличение объемной скорости потока реагентов в реакторе. Следовательно, условие масштабирования [c.463]

Описанный способ масштабирования с соблюдением полного подобия невыгоден с экономической точки зрения, поскольку выход с единицы объема аппарата уменьшается в п раз. Это является, с одной стороны, следствием сохранения геометрического и гидродинамического подобия, а с другой, результатом соблюдения одинаковых условий теплообмена с внешней средой. Вследствие указанных причин масштабирование реакторов с соблюдением полного подобия не находит практического применения. [c.464]

Масштабирование реакторов при использовании частичного подобия, с технологической точки зрения при масштабировании следует стремиться к достижению, по крайней мере, того же выхода с единицы объема образца, что и в модели. В наших предыдущих рассуждениях, касающихся идентичности состава и физических свойств реагирующей смеси в обоих аппаратах, это условие сводилось к сохранению одинаковых скоростей реакции в сходственных точках модели и образца [c.464]

Рассмотрим масштабирование реакторов на двух примерах. [c.464]

Условие масштабирования определяется зависимостью [c.465]

Факторы, ограничивающие возможность масштабирования трубчатых реакторов. Наиболее важными факторами, накладывающими ограничения на масштабирование с сохранением частичного подобия, являются возрастание сопротивлений движению потока и, в случае контактных реакторов, увеличение разности температур в слое катализатора. При использовании уравнений изменения масштаба, приведенных в этом разделе, сопротивления в образце возрастают по сравнению с сопротивлениями в модели согласно следующим приближенным зависимостям (турбулентное движение) [c.470]

Условие (Х-98а) выполняется для реакции нулевого порядка, а также когда произведение / Г значительно меньше энергии активации. В остальных случаях результаты расчета критической разности температур в слое занижены по сравнению с действительными ее значениями. Это обеспечивает надежность. Такие определения очень просты, поскольку достаточно знать энергию активации и иметь измерение или оценку максимальной поперечной разности температур в модели. Когда указанная разность температур близка к критическому значению, масштабирование с сохранением частичного подобия можно проводить и для неустановившегося режима работы реактора. [c.471]

Масштабирование реактора типа сборника с мешалкой (кубового реактора). Такой реактор масштабируется довольно легко, когда приходится иметь дело с гомогенной системой и перемешивание настолько интенсивно, что достигается состояние, близкое к полному перемешиванию. Температура и состав реагирующей смеси тогда почти одинаковы во всем реакционном пространстве и для достижения идентичных скоростей превращения в модели и образце достаточно сохранить равенство температур и средних времен пребывания смеси реагентов в обоих реакторах (соблюдение геометрического и гидродинамического подобий не обязательно). [c.471]

В случае гетерогенных реакций, при проведении которых на ход процесса влияет массообмен через межфазную поверхность, достижение одинаковых скоростей реакции требует дополнительного соблюдения равенства межфазной поверхности, рассчитанной на единицу объема реакционной системы. При разборе масштабирования аппаратов с мешалками было показано, что для выполнения этого условия необходимо сохранить геометрическое подобие аппаратов и равенство расхода мощности на перемешивание в расчете на единицу объема системы. При этих предположениях трудно соответствующим образом повысить интенсивность теплообмена в образце и практически возможен некоторый отход от геометрического подобия с целью увеличения поверхности теплообмена в аппарате большего масштаба. - [c.472]

После того как масштабирование задачи закончено, составляется блок-схема (см. рис. ИМ). Обозначения составных частей схемы, использованные на этой подробной диаграмме, показаны на рис. П1-2. Здесь пред ставлены соответственно (см сверху вниз) суммирующий уси литель, интегрирующий усили тель и сервоусилитель. Блок-схе ма устанавливает порядок соеди нения элементов для получения требуемой схемы. [c.41]

Кинетические коэффициенты процессов тепло- и массообмена, а также химических реакций, базирующиеся на модели идеального противотока, характеризуют не истинные, а лишь кажущиеся скорости протекания этих процессов и не могут быть приняты ни для моделирования и масштабирования лабораторных моделей, ни для оценки эффективности действующих, а также выбора и проектирования новых промышленных аппаратов. Надежными являются лишь те кинетические параметры и зависимости, которые [c.8]

Существующие теория и методы расчета процессов тепло- и массообмена в колонных аппаратах базируются, как известно, на схеме идеального противотока. Степень отклонения реального профиля концентраций от гипотетического может быть весьма существенной и зависит от ряда факторов, к числу которых отно- сятся конструктивные особенности аппарата, физико-химические свойства взаимодействующих потоков, их рабочие скорости и др. Таким образом, метод масштабирования колонных аппаратов является заведомо некорректным, если при его использовании не учитывается явление продольного перемешивания. [c.9]

На основе кабинетных и лабораторных исследований проводится первая принципиальная разработка процесса. Основной проблемой прн этом является масштабирование, т. е. переход от лабораторных условий к производствепиым. Здесь решаются такие вопросы, как безопасность, т. е. выявляются все возможные причины пожаров и взрывов, токсичность производства, шумы, запахи, стоки и выбросы. [c.234]

Обязательным условием общего системного анализа технологического процесса является количественное описание взаимосвязей потоков сырья, продуктов, вспомогательных веществ и отходов на протяжении всего процесса. Общепринятым сжатым методом такого описания является схема потоков. Количественная схема также является результатом абстрагирования от реальной действительности и соответствует текущему уровню знаний о процессе. Кроме того, количественные величины относятся только к одной совокупности условий, вследствие чего они мало говорят о влиянии изменения входных потоков, а также рабочих условий на выходные параметры. При наличии необходимых данных можно составить схемы материальных потоков по альтернативным вариантам сочетания входных переменных и рабочих условий. Таким образом, при построении моделей процесса основная проблема заключается в описании аппаратов, входящих в технологическую схему производства, с помон1,ью систем уравнений, достаточно простых для того, чтобы задача составления полной схемы материальных потоков оставалась практически разрешимой. Для решения задач масштабирования и получения надежной информации для проектирования нового промышленного производства и последующего управления им важное значение имеет опытно-промышленная стадия разработки процесса. [c.236]

Многие единичные процессы (например, теплообмен, ректификация, осаждение и т. д.) изучены настолько полно, что на основе лабораторных исследований можно без большого риска сразу же рассчитывать аппараты промышленного масштаба. Следовательно, при этом отпадает необходимость проведения исследований в четверть- и полупромышленном масштабе (если, конечно, нет необходимости определения эффектов продолжительной работы всей непрерывнодействующей установки). Другие единичные элементы процесса, масштабирование которых вызывает затруднения (например, кристаллизация, процессы в гетерогенных системах), а также сложные химические превращения должны, как правило, исследоваться во всех запланированных промежуточных масштабах. [c.441]

Идеальным было бы такое изучение процесса, при котором можщ) проектировать промышленную установку в любом масштабе на основе теоретических расчетов с использованием данных, полученных при лабораторных исследованиях. Развивающееся в последние годы изучение механизмов процессов переноса количества движения, массы и теплоты, а также кинетики химических превращений позволило разработать расчетные методы масштабирования (методы математического моделирования). [c.441]

Проблемы масштабирования единичных процессов достаточно подробно разбираются в монографиях, посвещенных этим процес- [c.446]

Масштабирование массообменных аппаратов. Аппараты, в которых основным процессом является массоперенос, масштабировать очень трудно. Большие сложности вызывает сохранение гидродинамического подобия, поскольку в этом случае приходится иметь дело с двухфазным потоком. Критерии подобия движения фаз различны и при использовании одних и тех же веществ в модели и образце приводят к противоречивым условиям увеличения масштаба. Большое разнообразие массообменных аппаратов не дает возможности вывести общие правила масштабирования, поэтому мы ограничимся примером повышения масштаба абсорбционной колонны с насадкой. Движение газа в колонне обусловлено разностью давлений на входе и выходе. Критерий Рейнольдса, отнесенный к эффективному диаметру насадки dz и массовой скорости газа G, характёризует подобие движения потоков [c.456]

Для достижения таких эффектов необходимо умело сочетать эмпирические исследования с современными математическими методами, позволяющими определить оптимальный вариант технологического процесса в наикратчайшеё время и при разумном риске. В течение последних лет для этой цели разработаны прогрессивные методы, использующие достижения математики и технической кибернетики, — так называемая стратегия разработки систем, или системотехника. Как и при использовании метода масштабирования, в этом случае также составляется математическая модель, но она описывает весь технологический процесс (или наиболее важную его часть) как систему взаимосвязанных элементов. Модель, в которой ряд величин и зависимостей экстраполируется с объекта меньшего масштаба, вносит в проектные расчеты фактор ненадежности. Системотехника включает также способы оценки надежности и принятия оптимальных решений при проектировании в определенных условиях. Важным преимуществом комплексного математического описания процесса является, возможность определения оптимальных рабочих параметров не для отдельных аппаратов, а для всей технологической цепочки как единого целого. Подробное описание математических методов оптимизации, оценки надежности и теории решений выходит за рамки данной книги, поэтому мы вынуждены рекомендовать читателю специальную литературу (см. список в конце книги). Ниже будут рассмотрены основные понятия, применяемые в системотехнике, и принципы разработки систем, а также их моделей. [c.473]

Массообменные процессы химической технологии (1975) -- [ c.76 ]

Книга для начинающего исследователя химика (1987) -- [ c.12 , c.41 ]

Фонтанирующий слой (1974) -- [ c.258 ]

Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2 (1982) -- [ c.32 ]

Введение в моделирование химико технологических процессов (1973) -- [ c.122 ]

Программирование (1963) -- [ c.99 ]

Основы технологического проектирования производств органического синтеза (1970) -- [ c.287 ]

Основы массопередачи Издание 3 (1979) -- [ c.0 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология