Структура потоков (продольное перемешивание)

Рис. 11-4. Схема структуры потока по рециркуляционной модели продольного перемешивания

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]

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]

СТРУКТУРА ПОТОКОВ (ПРОДОЛЬНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ) [c.104]

Метод стационарной подачи трассера используется для исследования обратного перемешивания, т. е. продольного перемешивания, обусловленного лишь турбулентным и циркуляционным перемешиванием в потоке. Этот метод подачи трассера заключается в следующем [11, 92]. В определенное сечение аппарата подается с постоянны.м расходом трассер (рис. 1П-3), который за счет турбулентного и циркуляционного перемешивания распространяется в обратную по ходу потока сторону от сечения ввода. После установления стационарного режима путем отбора проб в нескольких сечениях аппарата над сечением ввода трассера находят его распределение по высоте. Сопоставляя экспериментальное распределение концентраций трассера с теоретическим, соответствующим принятой модели структуры потока, рассчитывают параметры продольного перемешивания. [c.38]

Расчет профиля концентраций по уравнениям ( 1.20) — ( 1.27) или ( 1.61) — ( 1.68) практически возможен лишь с помощью ЭВМ. Как уже отмечалось, при Ре Реу 20 можно использовать уравнения ( 1.95) и ( 1.96). Возможен более простой метод расчета и в случае Ре Реу [231]. Этот метод основан на том, что структура потока с меньщей интенсивностью продольного перемешивания (большим числом Пекле) описывается ячеечной моделью, а структура второго потока — рециркуляционной моделью. Рассмотрим два возможных случая. [c.227]

Дифференциально-контактные аппараты (колонные экстракторы) разнообразны по конструкции. Наилучшие технико-эко-номические показатели среди колонных экстракторов имеют вертикальные дифференциально-контактные аппараты с дополнительным подводом энергии - роторно-дисковые, вибрационные и пульсационные, различающиеся способом подвода дополнительной энергии и геометрией внутренних устройств, которые оказывают существенное влияние на структуру движения и распределения потоков, продольное перемешивание. Последние факторы определяют эффективность работы аппарата и величину коэффициента масштабного перехода. [c.51]

Из анализа работ [14, 15, 23, 70, 71, 78—87] следует важный вывод при достаточной длине аппарата продольное рассеяние вещества как за счет турбулентной и молекулярной диффузии, так и из-за неравномерностей в структуре потока можно аппроксимировать одномерной диффузионной моделью с общим коэффициентом продольного перемешивания в соответствии с уравнением [c.35]

При исследовании колонных аппаратов обычно определяют усредненный коэффициент продольного перемешивания, хотя в реальных условиях он может быть различным на разных участках.-Так, например, в барботажной колонне обнаружены [135] две зоны с различной интенсивностью перемешивания. Это может быть вызвано непостоянством структуры потоков по высоте колонны и [c.127]

При любом расположении основного отстойника модель структуры потока для сплошной фазы может быть представлена в виде ограниченного канала с двумя участками, отличающимися площадями поперечного сечения и интенсивностью продольного перемешивания (рис. 1У-18). Эта же модель применима и к дисперсной фазе при наличии обратного перемешивания на границе раздела фаз при этом можно допустить отсутствие дисперсной фазы в отстойнике для сплошной фазы. [c.132]

Для исследования продольного перемешивания s экстракционных колоннах с отстойниками на основе рециркуляционной модели структуры потока используется [43] схема модели по рис. IV-21. Здесь рабочая часть колонны объемом Vp представляет каскад из п последовательных ячеек полного перемешивания с транзитным потоком V и рециркуляционным потоком между ячейками ш. Для учета влияния на кривые отклика отстойной зоны она представляется в виде ячейки объемом Уот со средней концентрацией трассера Сот. Между отстойной зоной и последней, л-й, ячейкой рабочей части колонны происходит массообмен за счет конвективных потоков жидкости (Ост. [c.139]

В ряде работ [1, 2, 44] при анализе поставленных экспериментов наблюдался минимум на графике зависимости коэффициента продольного перемешивания сплошной фазы Еп.с от числа оборотов ротора (мешалки). Это связано с превалирующим влиянием на Еп.с при низкой интенсивности перемешивания неравномерностей в структуре потока, а при высокой — продольной турбулент-. ной диффузии. [c.155]

Массообмен в напорном и дренажном каналах определяется конвекцией и диффузией. Структура потоков в этих каналах может приближаться к предельным моделям идеального вытеснения или смешения чаще же она представляет более сложную модель, учитывающую влияние продольного и поперечного перемешивания. Массоперенос в мембране определяется типом мембраны (см. гл. 1) и может быть только диффузионным или же диффузионным и фазовым одновременно, как в пористых мембранах и пористой основе асимметричных мембран. [c.157]

Такие высокие значения чисел Пекле для продольного перемешивания свидетельствуют о близости структуры потоков к режиму идеального вытеснения. [c.54]

Высота рабочей зоны. Для коэффициентов продольного перемешивания в распылительных колоннах нет надежных корреляционных зависимостей. Однако известно, что в сплошной фазе происходит сильное продольное перемешивание движение же дисперсной фазы (в случае если капли не очень широко распределены по размерам) приближается к режиму идеального вытеснения. Поэтому при расчете высоты рабочей зоны примем следующую структуру потоков для сплошной фазы — идеальное перемешивание, для дисперсной — идеальное вытеснение. В этом случае необходимое число единиц переноса по дисперсной фазе определяется уравнением [c.143]

Продольное перемешивание жидкой фазы. Структура потока жидкой фазы в барботажном аппарате достаточно хорошо описывается диффузионной моделью, разработанной на основании полуэмпирической теории продольного рассеяния веш,ества. [c.272]

Однопараметрическая диффузионная модель соответствует гидродинамической структуре поршневого потока с перемешиванием в продольном направлении. При этом принимается, что продольное перемепшвание может быть описано уравнениями, аналогич- [c.219]

Продольное перемешивание газовой фазы. Во всем диапазоне газовых нагрузок структура потока газовой фазы близка к идеальному смешению [24—261. При малых газовых нагрузках (ш,. < < 2,5 см сек) структура потока газовой фазы описывается тремя— семью ячейками идеального смешения, при больших газовых нагрузках — идеальным смешением. [c.273]

Установлено, что при более точном измерении концентрации газа-трассера при помощи малоинерционного газоанализатора инфракрасного поглощения структура потока газовой фазы описывается шестью— десятью ячейками идеального смешения во всем диапазоне газовых нагрузок. В аппаратах с малой высотой газо-жидкостного слоя вследствие усиления влияния концевых эффектов продольное перемешивание газовой фазы значительно повышается. При увеличении диаметра аппарата продольное перемешивание газовой фазы практически не меняется. Это имеет важное практическое значение, так как позволяет распространять экспериментальные данные о продольном перемешивании, полученные на опытных установках, на промышленные аппараты. [c.273]

Количественные гидродинамические характеристики насадочных колонн ниже точки инверсии. К важнейшим параметрам гидродинамической структуры потоков в насадке ниже точки инверсии относятся перепад давления в насадке, отношение скорости газа (пара) к скорости в инверсионной точке, длительность пребывания потоков в аппарате, доля эффективно используемого объема системы, степень продольного перемешивания в колонне, характер и интенсивность обменных процессов в жидкой, газообразной (паровой) фазах и т. п. [c.394]

Некоторые математические модели гидродинамической структуры потоков в аппаратах, рассмотренные ниже (см. гл. 4), являются прямым следствием уравнения БСА. Для примера рассмотрим одномерный поток сплошной фазы в технологическом аппарате цилиндрической формы, в котором происходит продольное (координата 1) и радиальное (координата перемешивания вещества. При нанесении импульсного возмущения по концентрации индикатора на входе в аппарат изменение состава потока по длине 1, радиусу х и времени I представляет трехмерную функцию РВИ системы р ( 1, х , ). Уравнение БСА, записанное для частиц сплошной фазы, примет вид [c.73]

Структура типа поршневой поток с продольным перемешиванием (диффузионная модель). Эта структура является обобщением рассмотренной выше модели идеального вытеснения, когда на механизм конвективного переноса накладывается механизм диффузионного переноса. При этом диффузионный механизм рассматривается как модельный механизм, который характеризуется некоторым эффективным коэффициентом диффузии В. В частном случае это может быть собственно молекулярная диффузия, однако чаще с помощью этого механизма моделируются эффекты неравномерности профиля скоростей по сечению аппарата, влияние турбулентной диффузии и т. п. [c.111]

Численные значения параметров аг (/=1... 6) зависят от конкретных гидродинамических и массообменных условий в колонном ферментере. На значение параметра й1 влияет структура газового потока. При отсутствии продольного перемешивания, идеальном вытеснении по газу О1 = 0. Величина объемного коэффициента кьа (параметр аг) зависит от скорости жидкостного и газового потоков дао и в колонне. Параметр аз. характеризуется струк- [c.160]

Выяснению природы и количественных характеристик перемешивания частиц в направлении перемещения потоков и в обратном направлении посвящено большое число теоретических и экспериментальных работ. В литературе отклонение структуры реальных потоков от идеальных называют по-разному осевым или продольным леремешиванием, продольной диффузией, обратным перемешиванием, уносом и др. Мы будем пользоваться термином продольное перемешивание. [c.24]

Ячеечная модель (рис. П-2) является наиболее простой моделью [4—11]. Согласно ячеечной модели, аппарат состоит из ряда последовательных ячеек полного перемешивания, через которые проходит (проходят) транзитный поток (потоки). Параметром ячеечной модели, количественно характеризующим продольное перемешивание, служит число ячеек полного перемешивания п. С увеличением п структура потока приближается к модели полного вытеснения, а с уменьшением п — к модели полного перемеши- [c.26]

Комбинированная модель структуры патока [45—48] предусматривает, что перемещение трассера в колонне из ячейки в ячейку происходит за счет прямого (транзитного) и обратных (рецир куляционных) потоков, а рассеяние его внутри ячеек — из-за движущегося в поршневом режиме транзитного потока и продольного перемешивания в ячейках, формально подчиняющегося закону Фика. [c.39]

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]

Количественные характеристики структуры потока, определяемые интенсивностью продольного перемешивания (параметрами модели), используются для расчета тепло- и массообменных аппаратов и химических реакторов. При таких расчетах различные модели могут привести к практически одинаковым результатам, если эти модели формально адекватны друг другу и потоку в аппарате, т. е. совпадают функции распределения времени пребывания. При формальной адекватности можно, установив эквивалентные соотношения между параметрами сложной и более простой модели, вести расчет аппарата по уравнениям более простых моделей. В связи с этим рассмотрим возможность аппроксимации двухпараметрической комбинированной модели структуры потока более простой — однопараметрической диффузионной модедью. Для этой цели необходимо установить эквивалентную связь между параметрами обеих моделей. [c.95]

При неравномерности структуры потока дисперсной фазЦ (неодинаковый размер капель, застойные зоны) может существенно увеличиваться коэффициент продольного перемещивания п.д, определяемый импульсным методом. Исследование продольного перемешивания дисперсной фазы в РДЭ показало [151],что в случае диспергирования легкой фазы часть ее скапливается вблизи вала под горизонтальными дисками ротора, образуя застойные зоны конической формы. Наблюдавшееся отклонение результатов, полученных при исследовании продольного перемешивания дисперсной фазы [148], от рассчитанных по уравнению (5) табл. 6, мож но объяснить тем, что в работе 148] применяли импульсный ввод траооера и,. следовательно, определяли сум/марный эфф ект от не рав номвряостей потока и его обратного промешивания. [c.169]

Насадочные колонны, наполненные кольцами Рашига и Паля седлами Берля и подобными элементами, благодаря простоте устройства, большой удельной поверхности и порозности рабочего объема применяются в химической технологии для осушест-вления разнообразных тепло-, массообменных и химических (процессов. Эффективность этих аппаратов существенно зависит от равномерности распределения по сечению взаимодействующих потоков и их гидродинамической структуры. Этим обусловлено значительное число исследований, посвященных изучению продольного перемешивания потоков в рассматриваемых колоннах. [c.181]

В работе [21] на основе диффузионной модели структуры потока предложен метод определения параметров продольного перемешивания по скачку концентраций на входе сплошной фазы Метод основан на преобладающем продольном перемешивании в аппарате, поскольку в питающей трубке оно пренебрежимо мало. Это означает, что в сечении входа значение. коэффициента продольного перемешивания резко изменяется, приводя к скачку концентраций во входящей фазе. Скачок, оцениваемый числом единиц переноса 7 , зависит от фактора массообмена F = mVyjVx и числа Пекле сплошной фазы Рес и в меньшей степени — от числа Пекле дисперсной фазы Pe . Предложена [21] номограмма, позволяющая одновременно определять значение Рес и Ред по значениям F и Т. [c.202]

Степень продольного перемешивания фазы х больше, чем фазы у Реу>Рбзс. Структуру потока фазы у опишем ячеечной моделью, а фазы X — рециркуляционной моделью. Параметры моделей при этом выразятся следующим образом [c.227]

Исследование реакторов для систем газ—жидкость с целью их эасчета и проектирования ведется в следующих направлениях 10] изучение механизма и скорости процесса массопередачи, осложненного химической реакцией моделирование структуры потоков двухфазной системы оценка влияния продольного перемешивания на эффективность реакторов определение межфазной поверхности, удерживающей способности, перепада давления. Важным вопросом является выбор типа реактора. Сравнение коэффициентов массоотдачи по жидкой фазе для систем газ—жидкость в различных реакторах приведено в табл. 4.1 [10]. [c.83]

Данные, приведенные в таблице, позволяют сделать ряд интересных выводов относительно гидродинамической структуры потоков в порах осадка. Из таблицы видно, что числа Ре (графа 10), определенные для проточных пор осадка гидродинамическим методом, в среднем на порядок превышают значения Ре, рассчитанные по кривым вымывания примеси из осадка (графа И). Такая значительная разница в числах Ре объясняется тем, что расчет Ре по индикаторным кривым отклика на основе однопараметрической диффузионной модели не предполагает деления порового пространства осадка на объем водопроводяпщх, крупных проточных пор и объем тупиковых и не отражает явления переноса примеси. С увеличением давления промывки числа Ре, определенные гидродинамическим методом, уменьшаются. Уменьшение Ре обусловлено более быстрым ростом коэффициента продольного перемешивания В по сравнению с увеличением скорости потока промывной жидкости V (графы 2, 4 и 12 таблицы). [c.401]

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]

Как следует из материала рассмотренной главы, применение указанной методики позволило решить ряд важных практических задач в области расчета процессов, протекающих в химико-технологической аппаратуре. Так, развит прямой метод исследования гидродинамической структуры потоков в аппаратах на основе специфических свойств неустаповивпшхся течений жидкостей и газов в насадке и пористой среде установлен характерный для насадочных колонн гидродинамический эффект, проявляющийся в наличии экстремальной зависимости статической удерживающей способности от нагрузок по фазам на аппарат созданы методики и получены расчетные формулы для определения важнейпшх гидродинамических параметров структур потоков — коэффициентов продольного перемешивания, относительных объемов проточных и застойных зон, коэффициентов обмена между проточными и застойными зонами. Результаты исследования гидродинамической структуры потоков в насадке положены в основу анализа динамики процесса абсорбции в насадочных колоннах, оценки управляемости по каналам гидродинамики и массообмена и синтеза оптимального управления этими аппаратами. [c.433]

Таковы особенности книги О. Флореа и О. Смигельского, отличающие ее в научно-техническом и методическом отношении. Вместе с тем в книге отсутствуют разделы, посвященные массообменным процессам с участием твердой фазы (сушка, адсорбция, экстракция из пористых твердых тел), а также механическим процессам. Нельзя во всем согласиться с авторами в отборе расчетных зависимостей, используемых в задачах и примерах, а также в трактовке отдельных вопросов и оценке некоторых результатов расчета. В книге не затронуты вопросы структуры потоков и распределения времени пребывания в химических аппаратах, влияния продольного перемешивания на массообмен и др., необходимость освещения которых в пособиях по расчету современных процессов и аппаратов не вызывает сомнений. [c.10]

Построим теперь динамическую модель процесса абсорбции в насадочном аппарате, учитывающую продольное перемешивание фаз. В реальных аппаратах продольное перемешивание фаз объясняется рядом причин прежде всего различием скоростей движения фаз в разных точках аппарата и, кроме того, турбулентной диффузией фаз, уносом частиц одной фазы (например жидкости) потоком другой фазы (газа). Подробное теоретическое описание продольного перемешивания, учитывающее все перечисленные факторы, в настоящее время отсутствует. Для описания структуры потоков в аппарате обычно используют упрощенные модельные представления. Наиболее распространенными из них являются ячеечная и диффузионная модели. В данной книге для описания структуры потоков используем вторую из этих моделей, согласно которой перемешивание фаз в аппарате аналогично процессу диффузии. В диффузионных процессах при наличии градиента концентрации какого-либо вещества возникает поток этого вещества, называемый диффузионным потоком, который пропорционален градиенту концентрации. Поскольку процесс перемешивания аналогичен процессу диффузии, можно считать что и в насадочном аппарате возникает поток вещества определяемый законом Фика / = = —pZ)gгad0, который в одномерном случае имеет вид / = [c.17]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология