Гидродинамическая обстановка и структуры потоков

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]

Гидродинамическая обстановка на тарелке (или слое насадки) суш ественно влияет на эффективность массопереноса, на степень достижения равновесных значений концентраций фаз. Чем ниже эффективность тарелки, тем, очевидно, необходимо большее время пребывания фаз в контакте или большая поверхность контакта. При движении жидкости вдоль контактного элемента наблюдается неравномерность массопереноса, обусловленная различными градиентами концентраций (движущей силы), различной высотой слоя жидкости, обратным забросом фаз, различной гидродинамической обстановкой и т. д. Поэтому целесообразно воспользоваться для оценки эффективности массопереноса характеристиками локальных объемов массообменного пространства, в пределах которых может быть принята однородная гидродинамическая структура потоков, и определять эффективность контактной ступени интегрально. Такой характеристикой эффективности массопереноса является локальный КПД в форме уравнения (4.59), записанный для многокомпонентной смеси в матричном виде как [1, 45, 46] [c.131]

Поскольку критерий Прандтля характеризует относительное соотношение профилей скоростей и концентраций, то следует ожидать, что влияние этого соотношения на процесс массопередачи должно меняться в зависимости от гидродинамической обстановки процесса, т. е. должен меняться показатель степени при числе Прандтля. При наиболее равномерном распределении жидкости и газа в двухфазном потоке в условиях развитой свободной турбулентности в соответствии со структурой уравнений (П1, 227) и (П1, 228) показатель степени п должен достигать максимального значения, равного единице. При уменьшении турбулизации потоков показатель степени п при числе Прандтля должен уменьшаться, становясь в пределе, когда движение прекратится, равным нулю. В последнем случае понятие о соотношении профилей скоростей и концентраций теряет свой смысл. [c.246]

Для независимого определения параметров гидродинамической структуры потоков в насадке предложен метод, основанный на использовании условий нестационарной гидродинамической обстановки в слое насадки [78]. Принимая, что при неустановившемся движении потока жидкости распределение его массы в насадке вдоль оси движения происходит в соответствии с механизмом, аналогичным диффузионному. уравнение распределения массы потока жидкости в слое можно записать [c.399]

Пятый уровень иерархической структуры эффектов ФХС составляет совокупность явлений, которые определяют так называемую гидродинамическую обстановку на макроуровне в аппарате, т. е. гидродинамическую структуру потоков в аппарате в целом (а не в отдельном локальном его объеме). [c.43]

Как уже упоминалось (см. 4.1), естественной характеристикой гидродинамической обстановки в технологическом аппарате служит его весовая функция К (1), которая статистически интерпретируется как функция распределения элементов потока по времени пребывания в аппарате. В этом смысле весовая функция полностью характеризует линейную систему. В связи с этим задача синтеза интегрального оператора объекта сводится, во-пер-вых, к дискриминации гидродинамической структуры потоков, т. е. установлению характера весовой функции, адекватно отражающей гидродинамику потоков в аппарате, и, во-вторых, к идентификации найденного оператора, т. е. к определению численных значений входящих в пего параметров. [c.240]

На пятом уровне иерархической структуры физико-химических эффектов ФХС (см. 1.1) стохастические особенности процессов химической технологии проявляются прежде всего в неравномерности распределения элементов фаз по времени пребывания (РВП), по размерам (РВР), по траекториям (РТр), в неоднородности удерживающей способности аппарата по зонам, в случайном характере распределения потоков фаз по рабочему объему аппарата и т. п. Макронеоднородности гидродинамической обстановки в объеме аппарата, неравномерность и случайный характер распределения материальных и тепловых потоков в нем, неоднородности физико-химических свойств реакционной среды особенно характерны для проточных ФХС неидеального смешения. [c.259]

В этой главе рассмотрен ряд характерных примеров использования методов идентификации линейных систем для описания гидродинамической структуры потоков в технологических аппаратах на основе модельных представлений. При описании ФХС с помощью типовых моделей функциональный оператор ФХС обычно состоит из двух частей части, отражающей гидродинамическую структуру потоков в аппарате (как правило, линейная составляющая оператора), и части, отражающей собственно физико-химические превращения в системе (как правило, нелинейная составляющая оператора). Линейная составляющая оператора ФХС, соответствующая так называемому холодному объекту (т. 8. объекту без физико-химических превращений), допускает эффективное решение задач идентификации линейными методами. При этом поведение ФХС отождествляется с поведением такой динамической системы, весовая функция которой совпадает с функцией РВП исследуемого объекта. Такой подход открывает возможность при описании гидродинамической обстановки в технологических аппаратах широко применять метод нанесения пробных возмущений, который в сочетании с общими методами структурного анализа ФХС представляет эффективное средство решения задач системного анализа процессов химической технологии. [c.432]

Многие процессы химической технологии характеризуются сложностью и недостаточной изученностью гидродинамических и физико-химических явлений, сопровождающих процесс. В таких случаях говорят, что процессы плохо обусловлены для математического описания. При этом технологические расчеты базируются на приближенных модельных представлениях о внутренней структуре гидродинамической и физико-химической обстановки в промышленном аппарате (используются модели структуры потоков, модели химической и диффузионной кинетики, модели термодинамического равновесия и т. п.). Модельные принципы описания ФХС приводят к необходимости вместо энергетических диаграмм строить так называемые модельные диаграммы, являющиеся топологическим (диаграммным) представлением описаний сложных физико-химических процессов, протекающих в технологической аппаратуре. Характерным примером последних могут служить модели структуры потоков в аппаратах совместно с механизмами источников и стоков субстанций. [c.23]

Комбинированные модели структуры потоков. Сложность реальной гидродинамической обстановки в промышленных аппаратах приводит к необходимости построения на основе рассмотренных выше простейших моделей более сложных топологических структур — структур потоков комбинированного типа. При по- [c.116]

Связная диаграмма процесса хемосорбции в насадочной колонне. Основой для построения связной диаграммы процесса хемосорбции в насадочной колонне служат особенности гидродинамической структуры потоков в колонне и кинетики массопереноса совместно с химической реакцией [19]. Будем считать, что гидродинамическая обстановка в насадочной колонне характеризуется поршневым режимом движения фаз. Такая структура потоков характерна, например, для процессов хемосорбции, проводимых в интенсивном гидродинамическом режиме (турбулентном или режиме эмульгирования) при отношении длины рабочей зоны колонны к ее диаметру, большем десяти. Итак, в качестве гидродинамической части диаграммы связи процесса хемосорбции будет использована связная диаграмма типовой структуры идеальное вытеснение (см. табл. 2.1). [c.165]

Исходя из блочного представления математической модели элемента технологической схемы, описание явлений, характеризующих перенос и распределение субстанции по координатам и по времени и базирующихся на фундаментальных законах гидромеханики многокомпонентных многофазных систем, составляет основу будущей модели. Учет реального распределения температур, концентраций компонентов и связанных с ними свойств, например плотности, вязкости и т. д., по пространственным координатам аппарата и во времени позволяет оценивать степень достижения равновесности тепломассопереноса, химического превращения, т. е. эффективность конкретного аппарата. Описание гидродинамической структуры потоков основано на модельных представлениях о гидродинамической обстановке в аппарате, использующих ряд идеализированных типовых моделей. Аппарат такого представления достаточно развит для однофазных потоков, разработаны и методы идентификации параметров отдельных моделей применительно к реальным условиям протекания процесса. Математическое описание типовых моделей структуры потоков приведено в табл. 2.1. [c.84]

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]

Основными этапами реализации приведенных выше методов исследования структуры потоков являются экспериментальные работы по выявлению гидродинамической обстановки на барботажных тарелках и поиск оптимальных конструктивных решений. В процессе экспериментальных исследований используют индикаторные методы, применение которых связано со значительными затратами времени на сам эксперимент и обработку информации вручную, что снижает точность и достоверность получаемой информации. Это обусловило создание авторами издания стенда автоматизированного экспериментирования (САЭ). [c.161]

Различными методами исследована гидродинамическая обстановка в реакторах с неподвижным слоем катализатора, а также внутренняя структура самого слоя. Предложен и применен новый метод изучения структуры зернистого слоя — рентгеновская томография, которая позволила выявить распределение частиц во внутренних сечениях. Псследования структуры слоя и распределения фильтрующегося потока показали, что возникновение локальных неоднородностей — горячих пятен однозначно определяется способом загрузки. Оценено влияние стенки реактора на температурный профиль и распределение скорости в слое. Ил. 6. Библиогр. 14. [c.173]

В горизонтальных трубах гидродинамическая обстановка значительно усложняется. Причины тому — трение частиц о стенки трубы и существенное изменение структуры двухфазного потока [54, 55]. На рис. 1.17 показаны гра( ики изменения эпюры скоростей [c.33]

Условия теплообмена в трубах реактора определяются гидродинамической обстановкой в них и прежде всего структурой газожидкостного потока. [c.118]

Упомянутые выше десять моделей контактных устройств, конечно, не исчерпывают всего их разнообразия, а относятся к так называемым простым моделям, которые образуются простейшей топологией всего из трех случаев гидродинамической обстановки в фазах (идеальное перемешивание, идеальное вытеснение, однопараметрическая диффузионная модель). На прак тике часто возникает необходимость использовать более сложные, комбинированные, модели. Для Н1,ч характерны сложные структуры потоков (рециклы, параллельные потоки) и наличие [c.27]

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]

ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА И СТРУКТУРЫ ПОТОКОВ [c.117]

Однопараметрические модели гидродинамических структур потоков позволяют рассчитывать массопередачу только в условиях простейшей гидродинамической обстановки — при наличии продольной турбулентной диффузии. При различных видах поперечной неравномерности используются более сложные гидродинамические модели, описанные в гл. 4. Применение этих моделей для расчета массопередачи рассматривается отдельно в каждом конкретном случае. Для противотока и прямотока используется меньшее, а для перекрестного тока — значительно большее количество моделей по сравнению с описанными в гл. 4. [c.177]

Для определения параметров математических моделей гидродинамических структур потоков с массопередачей в условиях сложной гидродинамической обстановки в аппарате следует использовать данные по изучению гидродинамики потоков на холодных моделях, а также фактические распределения концентраций компонентов в жидкости по высоте аппарата и по контактным устройствам, а в паре по высоте аппарата. [c.249]

При рассмотрении эффективности многокомпонентной массопередачи в перекрестном токе в качестве математической модели, связывающей кинетику массопередачи с гидродинамической структурой потоков, воспользуемся моделью, основанной на непосредственном применении функции распределения времени пребывания частиц в потоке [36, 37], в дальнейшем условно называемой моделью функции распределения. Применение указанной модели для изучения эффективности массопередачи в перекрестном токе в многокомпонентных смесях обеспечивает наиболее простое математическое описание процесса не только при заданной степени продольного перемешивания потоков, но и в условиях любой сложной гидродинамической обстановки на контактном устройстве и в аппарате, [c.254]

Анализ гидродинамической структуры потоков в кристаллизаторах. В зависимости от конструктивной схемы аппарата в нем можно выделить целый ряд зон, различающихся по гидродинамической обстановке. На рис. 1.11 дана схема кристаллизатора, которая позволяет наглядно представить, какие это зоны и каково их конструктивное исполнение. [c.54]

Частные коэффициенты обмена зависят от гидродинамической обстановки в АПЕ, ее геометрических параметров и физико-химических свойств среды. Вид уравнений для расчета движущей силы процесса обмена (средней разности параметров состояния двух сред) зависит от структуры потоков в аппарате. Использование таких уравнений значительно усложняет [c.231]

Значительное число исследований посвящено изучению закономерностей контактного теплообмена в аппаратах с различной структурой потоков [148, 151, 152]. При этом изучались в основном закономерности теплообмена между несмешивающимися гомогенными жидкостями. Следует отметить, что результаты этих исследований не всегда применимы к контактным кристаллизаторам, где присутствие кристаллов в сплошной или дисперсной фазах и выделяющаяся теплота фазового перехода существенно изменяют гидродинамическую обстановку и механизм теплообмена. [c.136]

Наряду с диффузионной для описания структуры потоков в реальных аппаратах со сложной гидродинамической обстановкой используют другие комбинированные модели, например ячеечную. Она основана на представлении, что аппарат состоит из серии последовательно соединенных ячеек, в каждой из которых имеет место идеальное перемешивание, а между ячейками перемешивания [c.180]

Как коэффициент теплопередачи, так и разность температур зависят от гидродинамической обстановки, основным фактором которой является структура потоков. Последняя определяется конструкцией теплообменника, и скоростями движения теплоносителей. [c.345]

Эти уравнения справедливы при Ке I. Для больших значений Ке уравнение (V. 46) дает заниженные результаты, поскольку не учитывается структура потока при обтекании сферы. Как уже указывалось, с возрастанием Ке происходит отрыв пограничного слоя, сопровождающийся течением жидкости в кормовой части, противоположным направлению потока. Такое обратное течение приводит к отрыву вихревых колец, размер которых увеличивается с повышением значения Ке. При обтекании сферической частицы место отрыва пограничного слоя обнаруживается по кольцевому выступу на поверхности частицы (рис. V. 2). Наибольшая интенсивность массоотдачи наблюдается на передней части сферы. В связи со сложностью математического описания гидродинамической обстановки из-за отрыва пограничного слоя от обтекаемой поверхности обычно при больших значениях Ке используются эмпирические уравнения, например [c.425]

Структура потоков фаз, особенно если обе они подвижны, как правило, весьма сложна. В связи с этим существуют два подхода к математическому описанию и расчету процессов массопереноса. Первый из них заключается в том, что принимается упрощенная модель относительного движения фаз и структуры их потоков, а влияние отклонения реальной гидродинамической обстановки на [c.443]

Как было показано, коэффициент массоотдачи зависит от гидродинамической обстановки процесса. Обычно растворы приготовляют из предварительно измельченных твердых тел и значение р определяется формой и размерами частиц и условиями обтекания их жидкостью. Поскольку при обтекании частицы (особенно, неправильной формы), структура потока весьма сложна, поверхность частицы неоднородна в кинетическом отношении. Кроме того, отдельные частицы обычно различаются по форме и размерам. В связи с этим значение р в соотношении (V. 149) имеет смысл величины, усредненной по поверхности частиц. [c.477]

Кинетика адсорбции. Скорость процесса адсорбции зависит от условий транспорта адсорбируемого вещества и поверхности (внешний перенос) и переноса его внутри зерен адсорбента (внутренний перенос). Скорость внешнего переноса определяется гидродинамической обстановкой процесса, а внутреннего — структурой адсорбента и физико-химическими свойствами системы. Гидродинамическая обстановка зависит от условий проведения процесса. Процессы адсорбции проводятся в основном двумя способами — в плотном и псевдоожиженном слоях адсорбента. В первом случае поток в пространстве между частицами приближается по структуре к модели поршневого движения, во втором — к модели идеального смешения. Кинетика внешнего переноса описывается уравнением [c.507]

При расчете разделительной способности тарелки в целом необходимо учитывать структуру движения жидкости на тарелке, а также характер распределения пара по площади барботажа. Рассмотренные методики позволяют вычислять локальные характеристики массопереноса, которые могут быть распространены на весь массообменный объем путел принятия соответствующей модели структуры потоков. Такой подход позволяет рассчитывать разделительную способность тарелок со сложными гидродинамическими структурами, включая байпаспрование, каналообразование, застойные зоны и т. д. Локальные же характеристики определяются составами пара и жидкости в данной точке, физико-химическими свойствами разделяемой смеси и гидродинамической обстановкой в элементарном объеме. [c.352]

Осреднение движущей силы процесса (Ал )ср и (Л(/)ср производится в зав1гсимости от структуры потоков в аппарате. Коэффициенты массопередачи зависят прежде всего от гидродинамической обстановки процесса (макро-параметров), создаваемой в тон пли иной конструкции аппарата, и от физических свойств обрабатываемых веществ (микропараметров), т. е. от макро- и микрокниетических характеристик процесса. Этот вопрос непосредствен по связан с рассмотрением основных конструктивных особенностей диффузионного аппарата, в котором осуществляется процесс. [c.9]

Показано, что химико-технологический объект с гидродинамической структурой потоков произвольной сложности, где происходит физико-химическая переработка жидких, газообразных или сыпучих сред, адекватно представляется с точки зрения распределения час1иц по времени пребывания в аппарате в виде нестационарного пуассоновского потока событий с интенсивностью X (О- Идея дискриминации гипотез о гидродинамической структуре потоков в аппаратах основана на введении специальной х-функции в виде линейной комбинации Х-функции и ее логарифмической производной. Структура линейной комбинации подобрана так, чтобы х-функция совмещала высокую степень чувствительности к особенностям гидродинамической обстановки в аппарате с простотой и удобством в практических расчетах. [c.279]

Формализованная процедура формирования связных диаграмм моделей структуры потоков на основе кодовых диаграмм (см. с. 20) предусматривает три этапа представление элементами диаграммной техники конкретных видов потоков субстанций конкретизация структур слияния, отражающих модель гидродинамической обстановки в системе (законы смешения, характер совмещенности процессов в локальной точке пространства, учет неоднородностей типа байпасов, рециклов, застойных зон и т. п.), расшифровка (декодирование) кодовой диаграммы и построение связной диаграммы на основе двух предыдущих этапов. [c.104]

Приведенные связные диаграммы построены для закрытых систем, идеально перемешанных на атомарно-молекулярном уровне. Для закрытых и открытых систем с неоднородной структурой потоков локальные значения концентраций компонентов определяются не только скоростью химического превращения, но и характером гидродинамической обстановки в системе. При рассмотрении таких систем С-элементы в псевдоэнергетических диаграммах типа (2.68) должны отсутствовать, оставляя свободной связь для стыковки с псевдоэнергетической диаграммой гидродинамической структуры потоков в аппарате [c.142]

По существу, задача выбора оборудования решается с самого начала разработки технологической схемы уже при выборе способа реализации процесса. Задав конструкцию аппарата, тем самым выбирают семейство аппаратов, отличающихся лишь геометрическими размерами. Гидродинамика потоков внутри аппарата, его эффективность определяются конструкционными особенностями. Поэтому этап выбора оборудования не может рассматриваться обособленно, без оценки гидродинамической обстановки, условий тепломассопереноса, гидравлических расчетов. Всякий раз при изменении геометрических размеров аппарата возникает необходимость повторения указанных расчетов, поскольку меняются параметры, определяющие его эффективность (например, скорость движения фаз, продольное перемешивание и т. п.). Основой для выбора оборудования обычно являются ГОСТы, ОСТы или ведомственные нормали, определяющие стандартные ряды типового оборудования. В последнее Е ремя проводятся работы и по стандартизации гидродинами-ч[еской структуры потоков в отдельных аппаратах (например, в реакторах с мешалками), что существенно сокращает время вы-б>ора необходимого оборудования. Выбор оптимальной кон-с трукции аппарата и его типоразмеров является итерационной задачей и поэтому любая информация об эффективности в конкретных условиях эксплуатации лишь упростит процедуру расчета. [c.63]

Совместно с Л.С.Гордеевым и А.Ю.Винаровым сформулированы научные принципы анализа, оптимизации, масштабирования и проектирования биотехнологических процессов. С позиций системного подхода последовательно проведен анализ эффектов и явлений, происходящих в биохимическом реакторе на микро- и макроуровне. Разработаны математические модели, учитывающие кинетику роста микробных популяций, транспорт питательного субстрата к клеткам и гидродинамическую обстановку в реакторе, характеризуемую эффектами се1регации ферментациогшой среды и неидеальностью структуры потоков в реакторе большого объема. Предложена методика решения задачи масштабного перехода от лабораторных установок к промышленным биореакторам на основе вычислительных экспериментов. Показаны направления оптимизащш конструктивных и режимных параметров биотехнологических процессов. [c.13]

Применение уравнений диффузии с средними концентрациями и реакционной поверхностью в единице объема отличается простотой и свободно от каких-либо схем, связанных с гидродинамической обстановкой процесса или законом осереднения концентраций, скоростей и т. и. Этот метод пригоден для любой геометрической структуры реагирующего тела и, в частности, для рассмотрения гетерогенных процессов в слое, в потоке движущихся частиц и т. п. Следует только иметь в виду, что на величину суммарной константы скорости реакции к при этом накладываются гидродинамика, осереднение и т. п. в реальных условиях протекания процесса. [c.137]

Расчет эффективности промышленного аппарата с учетом неидеальности гидродинамики можно выполнить несколькими методами математическим и гидродинамическим моделированием на основании теории подобия наконец, по экспериментальным значениям коэффициента масштабного перехода, полученным для аналогичных процессов. При гидродинамическом моделировании, нашедш ем наибольщ се примспепие, определяют гидродинамическую обстановку в промышленном аппарате и отклонения структуры потоков от идеальной. Необходимый объем аппарата (или его высоту при заданном сечении) выражают по аналогии с уравнением (17) следующим образом [c.51]

Гидродинамическая обстановка в экстракторе описывается с помощью моделей структур потоков, некоторые из которых были рассмотрены выше. Влияние структуры потоков на ход процесса экстракции выражается с помощью безразмерной величины е, определяющей долю непроэкстрагированного вещества [c.575]