Распределение жидкости по времени пребывания в аппарате

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]

Возможны два подхода к оценке влияния структуры потоков на время пребывания пара и жидкости на ступени разделения. Во-первых, с помощью функций распределения времени пребывания элементов потока в аппарате. В этом случае необходимо иметь модельную или экспериментальную кривую отклика на импульсное возмущение. Такой подход предполагает наличие экспериментального объекта и в большей степени пригоден к анализу действующих процессов. Во-вторых, использование модельных представлений структуры потоков жидкости и пара на ступени разделения. В этом случае гидродинамические условия описываются типовыми моделями структуры потоков в виде систем конечных или дифференциальных уравнений, а степень достижения равновесных условий оценивается влиянием структуры потоков на кинетику процесса. [c.87]

Приведенное в табл. 9.6 распределение концентраций х,а и Хв получено при времени пребывания жидкости в каждом аппарате каскада т, = 3640 с. Следовательно, объем жидкости в каждом реакторе = Ут = 0,0013-3640 = 4,73 м . Такой же рабочий объем реактора был иолучен и при графическом методе расчета. Здесь необходимо отметить, что число итераций, а следовательно, и время машинного счета значительно сокращаются, если в начале счета удачно выбрано значение т. Это можно осуществить предварительно определив т. графическим методом. [c.265]

Недетерминированность процесса перемешивания в аппаратах с мешалками, его стохастичность проявляется в том, что время пребывания в аппарате и время жизни частиц перемешиваемой жидкости различно. Это происходит за счет турбулизации потоков мешалкой проскоков, байпасирования части потока и наличия застойных зон молекулярной диффузии и неравномерности профилей скоростей их деформации. Поэтому процесс перемешивания представляет собой вероятностный процесс и для его количественного описания необходимо привлечение статистико—вероятностных методов. Для этого привлекаются внешние (т) и внутренние /(т) функции распределения. Функции распределения устанавливают однозначную зависимость между произвольной частицей потока и некоторым характерным для нее промежуточным временем. [c.444]

Учитывая двойственную природу процессов химической технологии, гидродинамические процессы рассматриваются состоящими из детерминированной составляющей, характеризуемой связями между действующими в жидкости (газе) силами тяжести, давления, вязкости и инерции и стохастической составляющей. Стохастическая составляющая дает количественное распределение частиц потока в аппаратах по времени и тем самым характеризует истинное время пребывания элементов потока в аппаратах (см. выше). [c.45]

Ход функции (П-326) иллюстрирует пучок кривых на рис. П-104. Из этого же рисунка можно получить представление о распределении действительного времени пребывания жидкости в аппаратах. Так как индикатор появляется сразу у выхода, то это означает, что часть жидкости находится в аппарате короткое время. Однако даже спустя большой промежуток времени на выходе Уп<У0- Следовательно, часть жидкости остается в аппарате очень долго. Такие сведения особо необходимы, когда в аппарате происходит химическая реакция. Поэтому эти кривые имеют большое значение в теории химических реакторов. [c.199]

Для псевдоожиженного слоя твердых частиц необходимо уточнить, что подразумевается под идеальным перемешиванием. Напомним, что при идеальном перемешивании жидкости полагают, что концентрация целевого компонента в жидкости постоянна по всему объему аппарата. Для твердой фазы нельзя считать одинаковыми концентрации целевого компонента в частицах, поэтому идеальность перемешивания твердых частиц определим следующим образом перемешивание называется идеальным, если все вероятностные характеристики частиц (среднее время пребывания, средняя величина адсорбции, распределение времени пребывания и величина адсорбции частиц) не зависят от координат и статистически не зависят друг от друга. [c.26]

Для математического описания реальных выходных кривых прибегают к другим физическим моделям, проверяя экспериментальным путем их адекватность действительному распределению времени пребывания жидкости в аппарате. Одной из таких моделей, применимой к каскаду последовательно соединенных аппаратов с мешалками, а также к секционированным аппаратам, является ячеечная модель. Последняя рассматривает весь аппарат состоящим из ряда (п) последовательно соединенных ячеек одинакового объема, в каждой из которых жидкость идеально перемешана, но отсутствует перемешивание между ячейками. Так как среднее время пребывания жидкости в каждой ячейке одинаково и равно то для произвольной -й ячейки [c.100]

В то же время для барботажных колонн характерно наличие больших циркуляционных потоков, возникающих в аппарате. При этом общая схема движения жидкости может рассматриваться как состоящая из прямого и обратного потоков. По существу диффузионная модель и учитывает этот обратный поток и его влияние на характер распределения элементов по времени пребывания. Тем не менее для барботажных секционированных аппаратов оценку распределения по времени пребывания удобно осуществлять с использованием ячеечной модели с обратными потоками. Обычно число ячеек для такого аппарата принимается равным числу физических секций N. [c.75]

Нужно всегда иметь в виду также следующие важнейшие обстоятельства. Как было показано выше, в различных реакторах отдельные порции реакционной смеси задерживаются разные промен<утки времени, т. е. статистически устанавливается различное время пребывания частиц жидкости в аппарате, количественно оцениваемое только кривой отклика системы. Поэтому для получения в модели и прототипе одинакового выхода желаемого продукта необходимо соблюдать равенство распределения времени пребывания или идентичности кривых отклика системы. [c.420]

Как следует из анализа работы аппарата идеального смешения, распределение времени пребывания частиц жидкости является неблагоприятным. Одни частицы находятся в аппарате очень мало, другие — очень долго. Более однородное время пребывания достигается при наличии батареи последовательно установленных аппаратов. Для примера проведем для двух аппаратов с мешалками, работающих параллельно (рис. 111-32), такой же расчет как и для одного аппарата, принимая, что в обоих аппаратах осуществляется идеальное перемешивание и они имеют тот же объем = 2 = V Требуется вычислить плотность компонента А на выходе из батареи СА2 Са- [c.136]

Движение жидкости в трубопроводах, как было показано выше, характеризуется неравномерным профилем скоростей в живом сечении потока. Так как частицы вдоль оси потока движутся быстрее, чем вблизи стенок, то время пребывания их в трубопроводе соответственно меньше. Характер распределения частиц потока по времени их пребывания усложняется в случае турбулентного течения из- за хаотического движения частиц, сложной формы их траекторий и пульсации скоростей. Структура потока особенно усложняется при движении жидкости в аппаратах. где она встречает на своем пути различные препятствия в виде слоев зернистых материалов (например, катализаторов), насадок, распределительных устройств и т. п. Очевидно, слишком короткое время пребывания одних и чрезмерно продолжительное пребывание других частиц жидкости в рабочем объеме аппарата приводит к понижению степени химического превращения, протеканию нежелательных побочных реакций, к незавершенности осуществления физических процессов и уменьшению производительности аппаратов. Заметим, что при прочих равных условиях на структуру потока в аппаратах оказывают большое влияние геометрические размеры последних без учета этого обстоятельства невозможен переход от лабораторных моделей к производственным агрегатам. [c.97]

Из числа технологических методов интенсификации теплообмена следует прежде всего отметить использование пленочного течения жидкости. Распределение жидкости по поверхности теплообмена в виде пленки позволяет в несколько раз повысить коэффициенты теплоотдачи по сравнению с получающимися при движении жидкости в трубах сплошным потоком. Это объясняется более благоприятным распределением скоростей в пленке. Особенно ценной особенностью пленочных теплообменников является малое время пребывания в них жидкости, что имеет исключительно важное значение при обработке термически нестойких веществ. В связи с отмеченными достоинствами пленочных аппаратов они получили широкое распространение в пищевой и химической промышленности. Их широко применяют также в крупных современных установках опреснения воды. [c.366]

Рассмотрим непрерывнодействующий аппарат полного смешения, в котором принимается равномерное распределение концентрации в объеме за бесконечно малый промежуток времени йт (рис. 7-1). На практике этим условиям отвечают аппараты с высокоинтенсивным перемешиванием в потоке (например, аппарат с высокоскоростной мешалкой и отражательными перегородками). Время пребывания в таком аппарате объемом Уа (м ), заполненном жидкостью с концентрацией индикатора Со (кг/м ), может быть определено экспериментально при замере концентрации индикатора в поступающем потоке с расходом V (м с) на входе в аппарат — с (кг/м ) и на выходе — с (кг/м ). [c.57]

Среднее время пребывания означает, что объем вещества, поступающего в аппарат за время Тср, численно равен его объему. Выражение Тср = Va/V предполагает равенство объемов загружаемой и вытесняемой из аппарата несжимаемой жидкости в единицу времени, движущейся поршневым потоком, как в аппарате полного вытеснения. Известно, что истинное время пребывания отдельных частиц жидкости в аппарате будет отличаться от Тср даже при отсутствии перемешивания вследствие неравномерного распределения скоростей по сечению потока. При наличии мешалок перемешивание чаще всего тоже не бывает совершенным некоторая часть потока не охватывается действием мешалки и проскакивает через аппарат. [c.58]

Применение вакуума в процессах разделения смесей почти исключительно диктуется необходимостью понижения температуры, при которой проводится процесс. Чтобы давление во всех частях установки было достаточно низким, используемая аппаратура должна обладать низким гидравлическим сопротивлением. Это — основное требование, предъявляемое к аппаратуре, используемой для разделения смесей под вакуумом. Другое важное требование — обеспечивать необходимую эффективность разделения при малых объемных расходах жидкости по сравнению с объемными расходами пара. Это диктует принятие специальных мер по равномерному распределению жидкости в аппаратах. Еще одно важное требование — минимальное время пребывания смесей и продуктов разделения в аппаратуре при повышенных температурах, поскольку это связано с опасностью ухудшения качества получаемой продукции из-за процессов термического распада, осмоления и др. Чтобы обеспечить это требование, количество жидкости, находящейся в аппаратуре, должно быть минимальным. Это определяет особую роль различных пленочных аппаратов. И, наконец, аппаратура должна быть герметичной, чтобы свести к минимуму подсос воздуха и связанную с этим опасность окисления перерабатываемых веществ. Стремление к удовлетворению, этих требований привело к созданию специфических конструкций аппаратов для разделения смесей под вакуумом. [c.37]

Движение жидкости в колонном экстракторе является промежуточным между поршневым движением (движением в режиме идеального вытеснения) и движением в условиях идеального перемешивания. Поэтому время пребывания частиц жидкости в аппарате неодинаково и это является следствием неравномерного распределения скоростей в потоке и образования местных циркуляционных токов. [c.65]

Под функцией распределения времени пребывания F x) для системы с непрерывным потоком понимается объемная доля потока на выходе, которая находилась в аппарате в течение времени меньшем чем т. Тогда dF x) — объемная доля выходного потока, которая находилась в аппарате между т и т -f dt. Умножив dF x) на т и проинтегрировав в пределах от т = 0 до т = = оо, находим среднее время пребывания жидкости в системе ( У [c.67]

Возможны два подхода к оценке влияния структуры потоков на время пребывания пара и жидкости на ступени разделения. Первый состоит в использовании функций распределения времени пребывания элементов потока в аппарате. В этом случае необходимо иметь модельную или экспериментальную кривую отклика на импульсное возмущение. При таком подходе предполагается наличие экспериментального объекта, что в большей степени подходит для анализа действующих процессов. Второй подход состоит в использовании модельных представлений структуры потоков жидкости и пара на ступени раз- [c.268]

Распределение жидкости в аппарате изучали методом визуального наблюдения с помощью стробоскопа, фотографирования и скоростной киносъемки. Для определения абсолютных величин средней толщины пленки применяли метод отсечек питания. Зная расход и удерживаемый при этом расходе объем жидкости в аппарате, определяли среднюю толщину пленки и среднее время пребывания жидкости в аппарате. Расчетным путем определяли скорость течения жидкости. Давление пленки жидкости на стенку аппарата записывалось с помощью специально сконструированного датчика на пленке осциллографа. Датчик работал по принципу изменения сопротивления столбика угольных пластин от приложенной нагрузки и отличался большой чувствительностью и точностью измерения давлений до 300 мм вод. ст. Анализ осциллограмм позволял получить абсолютные величины максимального давления и распределения давления в пленке жидкости. [c.125]

Известно [Ч, что время, необходимое для достижения заданной степени превращения химических реакций выше пулевого порядка, зависит от гидравлической обстановки процесса. В аппаратах непрерывного действия продольное перемешивание вещества замедляет скорость химического превращения. При продольном перемешивании время пребывания отдельных молей жидкости в объеме реактора может значительно отклоняться от средней величины т. Знание истинного закона распределения времени пребывания частиц жидкости в реакционной зоне аппарата С(В) имеет большое значение для выбора его оптимальных размеров и правильного технологического режима эксплуатации. [c.406]

В это пространство кислота должна войти равномерно распределенным ламинарным потоком, чтобы образующиеся пузырьки пара не смешивались с холодной кислотой во избежание гидроударов. Скорость кислоты, обеспечивающая такой режим в кольцевом зазоре (рис. 2-30), равна 0,4—0,5 м/с. По ней и рассчитывают диаметр головной части аппарата, равный обычно диаметру реакционной камеры. Для расчета ее объема можно, как и для САИ, применять объемный коэффициент массопередачи или величину ему обратную — время реакции (для аммонизации фосфорной кислоты — 0,1 с). В прямоточном реакторе с учетом неидеальности смещения условное время пребывания по жидкости (т. е. считая, что жидкость занимает весь объем реактора) принимают равным 15—20 с. [c.83]

Жидкий слой при массообменном режиме применяется в двух вариантах — рафинировочном и плавильном. В обоих случаях для интенсификации массообмена решающую роль играет величина межфазной удельной поверхности,,в свою очередь зависящая от удерживающей способности жидкости по отношению газа или газа по отношению жидкости. Всюду, где это является возможным, предпоч- тнтелен донный, распределенный подвод дутья, так как одна и та же степевь интенсивности массообмена достигается в этом случае при меньшей затрате мощности, а также обеспечивается более равномерная работа слоя по объему (требуется меньший рабочий объем реактора). Вследствие значительных трудностей, возникающих при сжигании жидкого или газообразного топлива в жидком слое, предпочтительна в этом случае реализация полностью автогенного режима генерации тепла за счет окисления примесей шихты. у Взвешенный слой при массообменном режиме может применяться в различных конструктивных вариантах, различающихся соотношением времени пребывания твердой фазы во взвешенном состоянии и в тонком слое (сыпучем или Жидком) на ограждающихся поверхностях. В сумме время пребывания частиц в рабочем пространстве печи должно соответствовать времени технологической обработки. Во взвешенном слое можно осуществлять технологические процессы как обжигового, так и плавильного характера. Осуществление технологической обработки только во взвешенном состоянии (работа печи по режиму пневмотранспорта) возможно только для самых мелких частиц и связано с необходимостью организации пылеулавливания всего материала, подвергнутого тепловой обработке, за пределами рабочего пространства печи. Особые преимущества имеет реализация массообменного режима с использованием взвешенного слоя в аппаратах циклонного типа вследствие их высокой производительности и компактности. [c.200]

При расчете реальных аппаратов по приведенным уравнениям необходимо введение соответствующих нонравок на степень не-идеальности потока. Для получения информации о характере течения потока в реакторе необходимо проследить путь каждого элементарного объема при его движении через аппарат. Для этого следует установить распределение частиц по времени их пребывания в аппарате. Это осуществляется экспериментально искусственным нанесением возмущений, например введением в ноток реагентов трассера (краска, радиоактивный изотоп, флуоресцирующее вещество и т. п.) и снятием так называемых кривых отклика, показывающих зависимость концентрации трассера на выходе из реактора от времени. Например, если было нанесено так называемое импульсивное возмущение — мгновенное введение трассера в поток, поступающий в реактор идеального вытеснения, через некоторое время то будет обнаружен мгновенный выход всего трассера и затем сразу же снижение его концентрации до нуля (рис. 44, а). Это объясняется тем, что в реакторе идеального вытеснения все частицы движутся параллельно друг другу с одинаковой скоростью, т. е. время пребывания их одинаково. Таким образом, индикатор движется по длине реактора неразмы-ваемым тончайшим слоем и сигнал, получаемый на выходе в момент То, в точности совпадает с сигналом, введенным на входе в реактор при т = 0. Если порцию индикатора, например краски, ввести в реактор идеального смешения( рис. 44, б), то она сразу же равномерно окрасит всю жидкость, находящуюся в реакторе, концентрация ее будет одинакова во всем объеме и соответствовать концентрации на выходе из реактора. Далее концентрация краски в реакторе и на выходе из него будет постепенно убывать, поскольку она выносится выходящим потоком. [c.116]

Модель идеального вытеснения. В основе модели идеального вытеснения лежит допущение о норщневом характере течения обрабатываемой среды. Перемешивание вдоль потока отсутствует, и имеет место равномерное распределение вещества в направлении, перпендикулярном движению. Время пребывания всех частиц в системе одинаково и равно отношению объема аппарата к объемному расходу жидкости. Например, такой поток имеет место в трубчатом аппарате при турбулентном течении жидкости через него, когда профиль скорости можно считать равномерным, т. е. принять одинаковым время пребывания отдельных элементов потока. [c.629]

При непрерывном проведении процесса в аппарате с мешалкой необходимо учесть неодинаковое время пребывания частиц суспензии. Вопрос о распределении времени пребывания жидкости в аппарате с мешалкой был рассмотрен в гл. II. Если функция распределения времени пребывания /(т) известна, то доля нерастворив-шихся частиц, находящихся в аппарате в интервале времени от т до т - - х, составит [c.480]

При вращении ротора стиратели под действием центробежной силы прижимаются к полированной поверхности обогреваемого корпуса, обеспечивая тем самым равномерное распределение и интенсивное перемешивание пленки жидкости. Средняя толщина пленки и время пребывания жидкости в зоне нагрева зависят от наклона шлицев стирателей, скорости вращения ротора, физических свойств-и расхода обрабатываемого продукта. Толщина пленки от 0,05 до 0,5 мм, время пребывания продукта в аппарате [c.305]

Путем довольно несложных рассуждений можно показать, что в случае идеального смешения при подаче в предварительно за-полленный аппарат объема свежей жидкости, равного объему аппарата, происходит вытеснение только 0,632 объема находившейся в нем жидкости, так как при этом из аппарата уйдет 0,368 объема перемешавшейся с ней вновь поступившей жидкости. Что же касается времени пребывания отдельных частиц в реакторе, то оно оказывается различным для разных частиц. Некоторые из них находятся в аппарате меньше, чем расчетное время, а некоторые больше. Распределение частиц по времени пребывания в аппарате идеального смешения показано на рис. IV. 65, где по оси абсцисс отложено время (безразмерное), а по оси ординат — функция, характеризующая количество частиц в долях от общего, находящегося в каскаде из п реакторов по истечении времени п0. Из графцка видно, что незначительную долю расчетного времени (например, 0,1) в аппарате находятся почти все введенные частицы (0,906). В течение расчетного времени в аппарате находится не-большое количество частиц (0,368), в течение же времени более расчетного — еще меньше и при 0— со это количество равно нулю. [c.214]

В те.хнологически.х аппаратах потоки жидкостей и газов по своей структуре, как п]>авнло, занимают промежуточное положение между дву.мя предельным1[ случаями полного (идеального) вытеснения и полного (идеального) перемешивания. Случай полного вытеснения (поршневой режим движения среды) предполагает, что в любом поперечном сечении аппарата скорости перемещения всех частиц потока одинаковы. Вследствие такого распределения скорости в аппарате полного вытеснения последующие объемы движущейся среды не смешиваются с предыдущими, а время пребывания всех частиц потока в аппарате одинаково. [c.38]

При применении принципов баланса элементов ансамбля к моделированию потоков и перемешивания в аппарате используются функции распределения времени пребывания элементов жидкости. Функции распределения времени пребывания позволяют установить, какая доля (часть) жидкости находится в аппарате в течение определенного времени. С одной стороны, поскольку конкретные подробности о том, где именно находился элемент жидкости во время ето пребывания в аппарате, не формулируются в макроскопической модели (или модели с сосредоточенными параметрами), то, несомненно, тип описания будет общим в том смысле, что он не связан с какой-либо определенной пространственной зависимостью. С другой стороны, такие модели распределения времени пребывания не дают детальной информации об изменении зависимых переменных от точки к точке. Инженер обнаружит, что детальное описание (например, микроскопический, или локальный, в окрестности заданной точки, баланс элементов ансамбля) трудно использовать, так как оно обладает теми же недостатками, которые уже упоминались в разделе 3.1.1 при рассмотрении дисперсионных балансов. Однако установлено, что модели баланса элементов ансамбля, описывающие макросмешение, часто достаточны для того, чтобы дать верные оценки поведения системы (процесса). [c.93]

Нагата и др. [145, 148] применяли уравнение (П1-22) и экспериментально установленные значения распределений скоростей. Предложенный Марром и Джонсоном [129], а также Парцеллой и Марром [161] косвенный метод определения насосного эффекта, использующий измерение времени циркуляции, состоит во введении в перемешиваемую жидкость (воду) так называелюго индикатора расхода. Индикатором расхода была резиновая таблетка размером 6,4 х6,4 х1,6 мм и плотностью 0,98 г/см , т. е. близкой к плотности воды. Авторы измеряли время между очередным появлением индикатора в сечении мешалки, определяя таким образом время циркуляции Тс- Эту величину получили в виде среднего значения по многим замерам. Принимая время циркуляции Тс как среднее время пребывания в объеме аппарата У, они рассчитывали в соответствии 3 теорией Данквертса [41] насосный эффект по формуле [c.109]