Отклонения реальных потоков от идеальных

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]

В реальном теплообменном аппарате в силу стохастической природы процесса распределение элементов потока по времени пребывания всегда неравномерное. К наиболее существенным источникам такой неравномерности можно отнести неравномерность профиля скоростей системы турбулизацию потоков молекулярную диффузию наличие застойных областей в потоке образование каналов и байпасных токов в системе. Для оценки неравномерности потоков вводится функция распределения По времени пребывания, которая определяется из отклика системы на импульсное, ступенчатое, либо частотное возмущение и позволяет количественно оценить отклонение реального потока от моделей идеального смешения и вытеснения [2]. Численные характеристики отклика системы на возмущение (среднее значение, дисперсия и др.) позволяют рассчитать параметры моделей, учитывающих стохастическую природу процесса. Сюда следует отнести диффузионную и ячеечную модели. [c.69]

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]

Сравнение модели последовательных проточных реакторов идеального смешения с диффузионной моделью. Поскольку базой диффузионной модели служит совокупность часто повторяющихся вероятностных процессов, мы вправе ожидать, что при очень большом числе / обе модели будут идентичны. Эта гипотеза подтверждается на практике. Однако, если элементарный процесс, лежащий в основе диффузионной модели можно себе представить, то отличный от него элементарный процесс, который является основой модели последовательно соединенных реакторов, реально представить трудно. Действительно, не может же жидкость перепрыгивать с мгновенным изменением концентраций реагирующих веществ из одного элементарного аппарата в другой. В связи с этим формы С-кривых для указанных моделей должны все больше и больше различаться между собой по мере отклонения реального потока от потока идеального вытеснения. Так это фактически и происходит. [c.278]

Наиболее общим методом определения отклонения реального потока от идеального режима является исследование с применением трассирующего вещества. Степень превращения исходного вещества в реакторе с неидеальным потоком может быть рассчитана непосредственно по результатам опытов с использованием трассёра и на основе некоторой модели потока. При этом нужно помнить, что каждая модель отражает действительную картину потока в реакторе с той степенью точности, с которой совпадают функции распределения времени пребывания частиц, полученные для модели и для реального аппарата. Области применения обоих указанных направлений расчета степени превращения веществ в реакторе с неидеальными условиями протекания жидкости указаны в табл. 36. [c.294]

В настоящее время для расчета массообменных аппаратов широко используются представления об идеализированных моделях. Чаще всего принимают, что поток жидкости или газа в аппарате можно представить моделью идеального вытеснения или полного смешения. В реальных реакторах режим движения потоков никогда не удовлетворяет полностью этим идеализированным моделям и носит промежуточный характер. Поэтому желательно оценить отклонение реального потока от идеального. [c.157]

Итак, во многих случаях целесообразно создавать химический аппарат, в котором поток приближается к идеальному вытеснению. Однако влияние ряда факторов приводит к отклонению реального потока от режима идеального вытеснения. Некоторые из этих факторов проиллюстрированы на рис. 14.1. [c.64]

Степень асимметрии служит количественной характеристикой степени отклонения реального потока от идеального и, следовательно, может также служить оценкой гидравлической эффективности отстойника. При неблагоприятных гидравлических условиях потока асимметрия кривых распределения увеличивается, а значение показателей гидравлической эффективности отстойника снижается. [c.65]

Для описания действительной картины изменения концентраций (или температур) в этих аппаратах необходимо иметь какую-то количественную меру степени перемешивания, т. е. степени отклонения реальной гидродинамической структуры потока от структуры, отвечающей идеальному вытеснению или идеальному смешению. Чтобы найти такую меру, выраженную численными значениями какого-либо одного или нескольких параметров, обычно прибегают к описанию структуры потока при помощи той или иной упрощенной модели, или физической схемы, более или менее точно отражающей действительную физическую картину движения потока. Этой идеализированной физической модели отвечает математическая модель — уравнение или система уравнений, посредством которых расчетом определяется вид функции распределения времени пребывания. Далее сопоставляют реально полученный опытным путем (из кривых отклика) вид функции распределения с результатом расчета на основании выбранной идеальной модели при различных значениях ее параметра (или параметров). В результате сравнения устанавливают, соответствует ли с достаточной степенью точности выбранная модель реальной гидродинамической структуре потока в аппарате данного типа, т. е. адекватна ли модель объекту. Затем находят те численные значения параметров модели, при [c.123]

Отклонения реальных потоков от идеальных [c.119]

Наиболее существенными и часто встречающимися отклонениями реальных потоков вытеснения от идеальных являются два неравномерность скорости движения частиц в поперечном сечении потока и наличие, как правило, незначительного продольного перемешивания. [c.119]

Отклонения реальных потоков смешения от идеальных моделей связаны с наличием застойных зон, с проскоком существенной части реагирующих компонентов без химического взаимодействия (байпасная часть потока), с недостаточной интенсивностью перемешивания, не обеспечивающей при высоких скоростях процесса полного выравнивания концентраций и температур. [c.119]

Встречное движение взаимодействующих потоков в аппарате, однако, неравноценно идеальной схеме противотока. В реальных аппаратах встречное движение потоков характеризуется неравномерными профилями скоростей по сечению, сопровождается механическим уносом легкой фазы более тяжелой фазой и, наоборот, продольным переносом тепла и массы и, следовательно, неодинаковым временем пребывания частиц обоих потоков в рабочем объеме. Отклонение от режима идеального противотока ведет к. уменьшению движущей силы процесса обмена или химического превращения и соответствующему понижению эффективности колонных аппаратов. [c.8]

При применении кипящего слоя в качестве тяжелой псевдожидкости для гравитационного обогащения полезных ископаемых высота слоя определяется временем осаждения и всплытия фракций, близких по своему удельному весу к демаркационному уровню разделения. При проведении массовой кристаллизации из растворов в кристаллизаторах со взвешенным слоем (типа Кристалл-Осло) необходимое среднее время пребывания определяется скоростью линейного роста кристаллов и заданным размером кристаллического продукта. Кроме того, более четкая классификация по размерам достигается тем, что мелкие кристаллы выносятся из кристаллизатора циркулирующим потоком жидкости, а оседание и отбор нужных крупных регулируется подбором нужной формы кристаллизатора (см. ниже). Точно так же, при сушке сыпучих материалов (если только процесс не лежит в балансовой области ) среднее время пребывания выбирается из условий отклонения реального сушильного аппарата от схем идеального смешения или вытеснения и заданного теоретически или экспериментально времени сушки зерна [239]. [c.218]

Концентрационная зависимость коэффициентов самодиффузии уже обсуждалась нами по данным [6] в области малых ф наблюдается рост 0°1т, тем более существенный, чем выше растворимость компонента и больше давление. Таким образом, селективность процесса аг/ будет возрастать за счет увеличения коэффициентов самодиффузии более растворимого /-го компонента. Следует оговориться, что подобный вывод ограничен допущением о независимости диффузионных потоков, т. е. речь идет лишь об идеальном факторе разделения. В реальных системах пластификация матрицы, как уже неоднократно отмечалось, приведет к изменению коэффициентов диффузии всех компонентов и это является одной из основных причин, вызывающих отклонение селективности от идеальных значений. [c.109]

Если уравнение (У-18) недостаточно точно описывает реальный процесс (например, имеется некоторое отличие реального потока от потока идеального вытеснения) и оценка величины с—с определена минимизацией выражения Р (по данным экспериментального реактора), то можно оценить ошибку в определении с Ас = Асх -Ь Дсц. Предположим, что при найденной величине с расхождения расчета и эксперимента невелики (Р мало) и уравнения (У-18) и (У-20) хорошо описывают реальный процесс. Тогда для оценки отклонения рассчитанных пР (I) и истинных п (I) значений величины п имеем [c.150]

Для теоретической тарелки принимается, что время пребывания или, что то же самое, время контакта фаз достаточно велико по сравнению со временем, требуемым для достижения равновесия. При этом фазы перемешиваются идеально, а время пребывания элементов потока одинаковое. В реальных условиях неравномерность распределения элементов потока по времени пребывания обусловлена в первую очередь неравномерностью профиля скоростей турбулизацией потоков различием скоростей переноса отдельных компонентов градиентами температуры и давления. Поэтому при заданных конструктивных характеристиках аппарата время контакта фаз, определяемое гидродинамической структурой потоков, может оказаться недостаточным для того, чтобы привести потоки в равновесие. В связи с указанным время пребывания жидкости на тарелке является важнейшим параметром для характеристики завершенности процесса массопереноса и в общем случае в сложной функциональной зависимости от гидродинамики потоков, физико-химических свойств разделяемой смеси. Ясно, что при отклонении гидродинамических условий от идеальных обеспечение максимально возможного приближения к равновесному состоянию приводит к существенным дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. [c.86]

Как отмечалось, средняя движущая сила уменьшается с отклонением структуры потока от условий идеального вытеснения. Поэтому расчет средней движущей силы процесса массопередачи в реальном аппарате по уравнению (Х,54) и числа единиц переноса по уравнению (Х,57), выведенных для условий идеального вытеснения, дает возможность получить не истинные значения средней движущей силы или числа единиц переноса (например, Ау[р или п оу), а их фиктивные значения (Аг/ср)ф или (Под)ф, Для определения Д(/ср можно, вычислив фиктивную величину (А(/ р)ф, вычесть из нее поправку (А(/ср)овр. выражающую снижение средней движущей силы за счет отклонения от условий идеального вытеснения. Такой же порядок расчета применим для определения п , но поправка ( о /)обр должна прибавляться к вычисленному значению (По1/)ф-Таким образом [c.422]

Уравнения (IX.7) и (IX.8) для средней движущей силы процесса массообмена были получены применительно к идеальному противотоку контактирующих фаз, предполагающему движение каждой из этих фаз в режиме идеального вытеснения. Тогда массообменный аппарат работает с наибольшим градиентом концентраций по направлению потоков (по высоте аппарата) и, следовательно, с максимальной движущей силой. Движение встречных потоков в реальных аппаратах происходит, однако, с большим или меньшим отклонением от режима идеального вытеснения. Это отклонение вызвано различными причинами перемешиванием каждой фазы вдоль оси потока вследствие турбулентной диффузии, захватом частиц одной фазы встречным потоком другой фазы, неравномерным профилем скоростей в сечении каждого потока, наличием застойных зон и др. Результатом этих отклонений является падение градиентов концентраций обеих фаз по высоте аппарата и, следовательно, уменьшение средней движущей силы процесса массообмена и снижение массообменной способности (эффективности) аппарата. Количественно влияние отклонения контактирующих потоков от идеального противотока на величину движущей силы процесса массообмена оценивается с помощью эмпирических зависимостей, устанавливаемых для каждого массообменного аппарата в зависимости от его конструкции и агрегатного состояния встречных потоков и режима их движения. [c.450]

При существенной обратимости химической реакции коэффициент извлечения контактного устройства, как правило, невелик, и расчет по упрощенным моделям полного вытеснения или полного перемешивания потоков не должен приводить к заметной погрешности. Напротив, для необратимой хемосорбции отклонение реальной структуры потоков от гидродинамического режима, описываемого упрощенной (идеальной) моделью, может в ряде случаев сказаться на эффективности массообмена. [c.145]

Одним из видов отклонения реального гидродинамического режима от режима идеального вытеснения может быть наличие в реакторе продольного перемешивания (диффузии). Для потока реагентов в этом случае (см. гл. II, 2) может быть записано следующее уравнение материального баланса, согласно (II.2.8) [c.76]

Как отмечалось, средняя движущая сила уменьшается с отклонением структуры потока от условий идеального вытеснения. Поэтому расчет средней движущей силы процесса массопередачи в реальном аппарате по уравнению (Х,54) и числа единиц переноса по уравнению (Х,57), выведенных для условий идеального вытеснения, дает возможность получить не истинные значения средней движущей силы или числа единиц переноса (например, Аг/ср или Поу), а их фиктивные значения (Аг/ср)ф или (Поу)ф. [c.422]

Для описания процессов, проводимых в иеидеальиых потоках, используют различные физические представления (модели). В настоящее время для описания структуры неидеальных потоков применяют ячеечную и диффузионную модели. Согласно ячеечной модели реакционная зона услов.но разбивается на ряд секций (ячеек), в каждой из которых поток описывается моделью полного смешения. Суммарный объем всех ячеек равен объему реакционной зоны реального потока. Степень отклонения от идеальности характеризуется экспериментально найденным числом ячеек п, которое может изменяться от единицы до бесконечности. Фактически ячеечная модель — это аналог каскада реакционных зон потока смешения (см. разд. 6.3.4). При п- режим в потоке приближается к режиму полного смешения, при п->оо — к режиму идеального вытеснения. Зная из экспериментальных данных конечную концентрацию вещества, выходящего из реакционной зоны потока Сд, или конечную степень превращения X, можно описать процесс в реальном потоке с помощью ячеек полного смешения, подбирая соответствующее их число п. При этом можно использовать уравнения (6.26) и (6.28). [c.120]

Физической (гидродинамической) обстановке в трубчатом реакторе наиболее близко соответствует диффузионная модель, согласно которой концентрации взаимодействующих веществ в потоке плавно изменяются по длине аппарата, при этом поток движется в режиме идеального вытеснения, но в нем происходит продольное перемешивание, подчиняющееся закону Фика. Однако в промышленных аппаратах (реакторах), как показывает практика их эксплуатации, наблюдается отклонение от модели идеального вытеснения. Поэтому реальные системы описываются диффузионной или ячеечной моделями, исходя из чего очевидна необходимость оценки возможности их применения на практике. [c.64]

В некоторых случаях наблюдаемые отклонения поведения реальных потоков существенно не сказываются на выходных показателях ХТП, рассчитываемых по наиболее подходящим для конкретных условий моделям идеальных потоков. Так, для ХТП, протекающего с невысокой скоростью в аппаратах с кипящими слоями, даже при не очень интенсивном перемешивании наблюдается постоянство концентраций и температур по длине реакционной зоны потока, а показатели процесса достаточно точно рассчитываются по модели потока полного смешения. [c.119]

Для описания действительной картины изменения концентраций (или температур) в этих аппаратах необходимо иметь какую-то количественную меру степени перемешивания, т. е. степени отклонения реальной гидродинамической структуры потока от структуры, отвечающей идеальному вытеснению или идеальному смешению. Чтобы найти такую меру, выраженную численными значениями какого-либо одного или нескольких параметров, обычно прибегают к описанию структуры потока при помощи той или иной упрощенной модели или физической схемы, более или менее точно отражающей действительную физическую картину движения потока. Этой идеализированной физической модели отвечает математическая модель — уравнение или система уравнений, посредством которых расчетом определяется вид функции распределения времени пребывания. Далее сопоставляют реально полученный опытным путем (из кривых отклика) вид функции распределения с результатом расчета на основании выбранной идеальной модели при различных значениях ее параметра (или параметров). В результате сравнения устанавливают, соответствует ли с достаточной степенью точности выбранная модель реальной гидродинамической структуре потока в аппарате данного типа, т. е. адекватна ли модель объекту. Затем находят те численные значения параметров модели, при которых совпадение опытной и расчетной функций распределения наилучшее. Указанные значения в дальнейшем применяют при расчете процесса в конкретном аппарате. Обобщая эти данные, получают уравнения для расчета значений параметров модели при разных гидродинамических условиях работы и размерах аппаратов данного типа. [c.127]

Формула ( 111,16) описывает идеальный случай циклонного процесса. На практике этот процесс сложнее — местные сопротивления в циклоне, турбулизация потока, непостоянство гранулометрического состава твердой фазы в смеси, а также отклонение реальной формы циклона от идеальной. Это привело к необходимости опытных исследований работы циклонов, определения эмпирических коэффициентов и получения расчетных формул для циклона данной конструкции. [c.327]

Исследования гидродинамических характеристик реальных реакторов непрерывного действия, какими являются аэротенки, циркуляционные окислительные каналы, биологические пруды, а также более сложные системы, составленные из данных сооружений, показывают значительные отклонения от идеальных режимов. Указанные отклонения в первую очередь вызваны тем, что в реальных системах протекают побочные гидродинамические процессы, обусловливающие в общем случае наличие в одном реакторе следующих типов потока идеального вытеснения, идеального смешения, проскока подаваемых загрязнений, возврата активного ила, поперечного и продольного перемешивания, а также зон с не-установившимся питанием, полузастойных и застойных зон. [c.159]

Кубовые реакторы близки по своим характеристикам к модели идеального смешения. Реальные трубчатые реакторы, наоборот, обладают существенными отклонениями от теоретической модели. Известно, например, что поршневое течение жидкости в трубе практически невозможно как при ламинарном, так и при турбулентном течении скорость жидкости в различных точках сечения потока неодинакова. Частицы жидкости в центре трубы движутся значительно быстрее, чем частицы, находящиеся вблизи стенки. Это нарушает условие равенства времени пребывания различных частиц в аппарате и влияет на поле концентраций в нем. Кроме того, модель идеального вытеснения не учитывает молекулярную и конвективную диффузию веществ в направлении потока (продольное перемешивание), уменьшающие средние концентрации реагирующих веществ и среднюю скорость реакции. Вследствие этого время реакции и необходимый объем реактора увеличиваются. Несмотря на эти отклонения, модель идеального вытеснения весьма полезна для расчета и анализа работы реакторов. [c.244]

Для непрерывных процессов следует учесть два обстоятельства. Во-первых, из-за ограниченности перемешивания возможно отклонение режима от режима идеального перемешивания. Для учета этого будем рассматривать реальный проточный аппарат (реактор) как каскад из т идеальных смесителей равного объема. Объем каждого смесителя есть F/m. Число т зависит от условий перемешивания и определяется хорошо отработанными методами [261]. Во-вторых, уравнение (6) не определяет в этом случае скорость реакции. Используя аналогию с каскадом и обозначая поток г-го вещества на входе в т-ый аппарат в каскаде через g,-, а на выходе gj, m. имеем [c.150]

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]

Адсор6ент С/ танными по уравнению (У-41). Удовлетворительное согласование этих кривых получено при расширениях слоя более двухкратного, следовательно, это соотношение можно применять для расчета процесса при относительно высоких скоростях движения восходящего потока. Расхождение расчетных и экспери-мептальных кривых при низких степенях рас-пшрепия слоя связано с отклонением реального процесса от режима идеального смешения. [c.140]

Зависимости (13.8) и (13.10) позволяют решать проектную и эксплуатационную задачи для реального процесса в каскаде СОЭ. Их считают применимыми и к колонному экстрактору, если структура двухфазного потока в нем отвечает каскаду ступеней идеального перемешивания (ИП) — когда отклонения движения потоков от противотока описываются ячеечной моделью продольного перемешивания. Эти зависимости в той же мере применимы для практических расчетов экстракционных колонн с внешним подводом энергии. Дело в том, что в колоннах промышленных масштабов суммарный эффект продольного перемешивания вещества в обеих фазах обычно эквивалентен числу ячеек идеального перемешивания п > 10. При таких п расчет по более сложным моделям (циффузионной, рециркуляционной) дает практически те же результаты, что и по значительно более простой — по зависимостям (10.53) и (13.10) [c.1130]

В идеальном каскаде межступенный поток от ступени к ступени меняется непрерывно аналогичным образом изменяются и размеры ступеней. Таким образом, несмотря на тот факт, что идеальный каскад минимизирует потребление энергии и общие размеры завода, практическое создание его невыгодно с точки зрения затрат на строительство самого каскада. Это особенно относится к случаю, когда число ступеней велико (случай малых коэффициентов обогащения). Значительного уменьшения стоимости разделительных элементов можно достичь путем изготовления большого количества таких элементов. Тогда стоимость завода можно уменьшить, заменяя приближенно идеальный каскад системой прямоугольных каскадов, соединенных последовательно по схеме так называемого прямоугольно-ступенчатого каскада (рис. 2.11). Такое решение проблемы является хорошим компромиссом, поскольку позволяет уменьшить стоимость завода и сохранить все преимущества, присущие идеальному каскаду. Коэн [2.1] показал, что если расхождение между реальными и идеальными межступенными потоками не слишком велико, то оно сравнительно слабо влияет иа суммарный поток реального каскада например, если максимальное отклонение реального межступенного потока от идеального не превышает 20%, то разница между соответствующими суммарными потоками не превысит 4%. То же относится и к любой другой интегральной характеристике, зависящей от потока. [c.45]

Если принятые допущения не вносят существенных отклонений от реального процесса, то рекомендуется применять типовые гидродинамические модели или их комбинации, которые позволяют описывать гидродинамические режимы сравнительно простыми уравненп-ями, полученными для идеальных структур или реальных потоков с известными упрощениями. Методика составления типовых гидродинамических моделей движущихся потоков, в которых обычно происходят химические превращения, подробно рассматривается в гл. V. [c.61]

Реактор идеального вытеснения характеризуется тем, что обе фазы равномерно распределены по его сечению и движутся в поршневом режиме, т. е. время пребывания в нем всех частиц одинаково. В реальных аппаратах всегда имеются поперечная неравномерность распределения потоков, пристеночный эффект, каналообразование, застойные зоны и другие явления, приводящие к тому, что время пребывания отдельных частиц потока различно. В результате этого высота колонны, характеризующая ее эффективность, включает не только часть, зависящую от массопередачи /гм, но и возрастает на добавочную величину (Лдоб), учитывающую отклонение структуры потоков от идеальной [c.43]

Для установления отклонения режима движения частнц с е-шиваемых компонентов в реальном аппарате от идеального, опи сываемого потоками идеального смешения или вытеснения, не обходимо сравнить соответствующие кривые функций распределения времени пребывания в аппарате и их моменты. Наиболее распространенной характеристикой является второй момент — дисперсия [30], которая характеризует разброс рассматриваемо величины около среднего значения при непрерывном распре делении для конечного числа эквидистантных точек. Величии дисперсии определяется по формуле [c.37]

Несмотря на все онпсанные отклонения состояния реальных продуктов сгорания от идеальной равновесной системы, к ним все же могут быть применены результаты термодинамических расчетов, так ка энергетические реакции горения имеют огромную скорость и равновесие или близкое к нему состояние успевает установиться. Вместе с тем широкий интервал изменения температуры и концентрации позволяет говорить о некоторых средних значениях нелинейных функций исследуемых аргументов. Методы усреднения и перехода от состава микрообъектов ко всему газовому потоку рассматриваются в гл. 4. [c.36]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология