Перемешивание гидродинамическая картина

В режиме идеального смешения концентрации реагентов постоянны по всему объему аппарата. Непрерывный переход от резина идеального вытеснения к режиму идеального смешения можво проследить в рамках диффузионной модели, решая уравнение (VI.14) или (VI.15) с граничными условиями (VI.27) и оценивая изменение степени превраш ения и статистических характеристик распределения при уменьшении числа Пекле. Режиму идеального вытеснения соответствует предельный случай Ре оо, а режиму идеального смешения — Ре 0. Все промежуточные режимы иногда определяют как режимы неполного смешения. Согласно сказанному выше, диффузионная модель далеко не всегда пригодна для описания работы реакторов в режиме неполного смешения. При расчет трубчатых реакторов х)на оказывается справедливой только ври больших числах Пекле, когда гидродинамический режим реактора приближается к режиму идеального вытеснения при этом расчет реактора в приближении идеального вытеснения обеспечивает обычно достаточную для технологических целей точность результатов, и влияние продольного перемешивания потока может быть учтено как малая поправка. При расчете реакторов малой протяженности, где продольное перемешивание особенно заметно и могут наблюдаться сильно размазанные функции распределения, необходимо уже учитывать реальную физическую картину процессов переноса вещества, так как диффузионная модель в этих условиях не применима. [c.213]

В этой части курса будут рассмотрены общие закономерности гидравлики и их приложения к решению таких задач, как движение жидких тел по трубам, определение (измерение или расчет) скорости и расхода жидкости, расчет сил взаимодействия жидкости с твердыми поверхностями расчет основных параметров насосов и компрессорных машин осаждение частиц в жидкой и газовой среде, фильтрование жидкостей и газов перемешивание материалов. Знание закономерностей гидравлики потребуется, также, при изучении последующих частей курса. Так, эффективность тепловых и массообменных процессов зависит от гидродинамической картины и при их расчете ши роко используются законы гидравлики. [c.6]

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]

Гидродинамическая картина перемешиваемой жидкости. При перемешивании возникает вращательное движение жидкости и образуется воронка на верхней ее поверхности. Схема движения жидкости в аппарате с пропеллерной мешалкой изображена на рис. 2.6. Осевой поток около дна аппарата и у верхней границы жидкости меняет направление на радиальное. Таким образом, в [c.15]

Гидродинамическая картина перемешиваемой жидкости. При перемешивании возникает вращательное движение жидкости и образуется воронка на верхней ее поверхности. Схема движения жидкости в аппарате с пропеллерной мешалкой изображена на рис. 2.7. Осевой поток около дна аппарата и у верхней границы жидкости меняет направление на радиальное. Таким образом, в объеме жидкости устанавливается организованная циркуляция. Одновременно с движением в осевом и радиальном направлениях жидкость участвует во вращательном движении, поэтому в плане линии тока имеют вид спиралей. Частицы жидкости проходят последовательно от центра к стенкам аппарата, а затем от стенок аппарата к центру. [c.12]

Проведено сравнение коэффициентов продольного перемешивания и чисел Пекле, определенных прямым (при характеристике проточных зон) и индикаторным методами. Сравнение показало, что коэффициенты продольного перемешивания, определяемые индикаторным методом, значительно (в некоторых режимах в несколько раз) превышают те же значения, найденные прямым методом. Разница между теми и другими исчезает в режиме эмульгирования. Аналогичная картина наблюдается и для чисел Пекле. Совпадение параметров Ре и I), определяемых прямым и индикаторным методами в интенсивных гидродинамических режимах, объясняется снижением объема застойных зон, т. е. уменьшением их роли в формировании индикаторной выходной кривой распределения. [c.362]

Для объяснения экспериментальных данных по гидродинамиче-скому перемешиванию был выдвинут ряд моделей зернистого слоя. Наиболее удачной оказалась дискретная ячеистая модель, которая согласуется с описанной выше гидродинамической картиной течения в слое. Первоначальным вариантом дискретной модели была модель ячеек идеального смешения [12, 16], хорошо объяснившая данные по продольному перемешиванию в потоках газа. Для описания про- дольного перемешивания в потоках жидкости, где наблюдаются более сложные зависимости эффективного коэффициента продольной диф-, фузи от скорости потока, были выдвинуты различные варианты моделей с застойными зонами. Первой моделью этого типа была модель Тернера—Ариса [17]. Согласно этой модели зернистый слой рассматривали как канал постоянного поперечного сечения, характеризующийся определенными значениями линейной скорости по- тока и коэффициента продольной диффузии, от стенок которого отходят тупиковые каналы-ответвления, где по предположению, конвекция отсутствует и перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии. В последующих работах [18] застойные явления рассматривали в рамках ячеистой модели. Метод анализа таких систем, использующий аппарат характеристических -функций, был указан в работе Каца [19]. Расчеты но различным вариантам моделей с застойными зонами позволили объяснить наблюдаемые в потоках жидкости пониженные значения числа Ре ц и наличие хвостов у функций распределения времени пребывания в слое. Недостатком этих работ является, однако, то, что физический смь л застойных зон в них не конкретизируется вследствие этого оказалось невозможным выявить непосредственную связь характеристик продольного перемешивания с параметрами зернистого слоя и провести количественное сравнение теории с экспериментом. Готтшлих [20], пытаясь придать модели Тернера—Ариса физиче- ское содержание, предположил, что роль тупиковых каналов или застойных зон играет диффузионный пограничный слой у поверхности твердых частиц. Оценка толщины диффузионного слоя, необходимой для объяснения экспериментальных данных по продоль-) ному перемешиванию, не совпала, однако, с толщиной диффузионного пограничного слоя, оцениваемой на основе измерения коэффициента массопередачи (см. раздел VI.3). Это несоответствие было отнесено автором на счет влияния распределения толщины диффузионного слоя на неравнодоступной поверхности твердых частиц. Экспериментальное исследование локальных коэффициентов массопередачи в зернистом слое показывает [7 ], что в нем имеются области, массопередача к которым резка затруднена — зоны близ точек соприкосновения твердых частиц. Расчет по модели ячеек с застойными зонами близ точек соприкосновения твердых частиц [21 ] позволил [c.220]

Рассмотренная картина движения жидкости в аппарате с лопастной мешалкой позволяет сделать следующие выводы 1) установка дополнительного числа лопастей практически не сказывается на степени перемешивания 2) установка отражательных перегородок будет способствовать уменьшению тангенциальной и увеличению осевой составляющей скорости 3) так как окружные скорости жидкости имеют различное значение в разных точках перемешиваемого объема, то для количественной характеристики гидродинамического состояния перемешиваемой жидкости удобнее использовать значение окружной скорости конца лопасти мешалки. [c.20]

Качественно картина гидродинамических полей в псевдоожиженном слое может быть представлена как результат суперпозиции устойчивых циркуляционных течений твердой фазы, обеспечивающих постоянство объема слоя и колебаний частиц твердой фазы, возникающих как вследствие коллективных взаимодействий, так и непосредственных столкновений частиц. При исследовании и анализе движения твердой фазы обнаруживается существование колебаний отдельных частиц и групп частиц с различными амплитудами и частотами. В целом, как показывают экспериментальные исследования, спектр колебаний частиц носит сплошной характер и имеет достаточную про-тял<енность. Что касается причин и особенностей возникновения и поддержания колебательных процессов в твердой фазе, то, по-видимому, они не могут быть сведены к какому-то единому механизму, а являются результатом взаимодействия нескольких колебательных процессов, имеющих различную физическую природу. Взаимодействие отдельных частиц друг с другом может происходить не только за счет непосредственного обмена импульсами при столкновениях, но также в результате взаимодействия гидродинамических пограничных слоев, окружающих частицы. Кроме того, при достаточно интенсивном перемешивании твердой фазы и больших относительных скоростях движения фаз отдельные движущиеся частицы имеют турбулентные следы, которые также могут взаимодействовать как между собой, так и с частицами твердой фазы. Отрыв турбулентных вихрей при интенсивном движении частиц может также порождать взаимодействие типа частица — вихрь, [c.137]

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]

Учитьтая, что для сохранения идентичности гидродинамической картины в аппарате, работающем как при атмосферном, так и при избыточном давлении, необходимо сохранение режима пульсации и его основных конструктивных элементов (имея в качестве рабочего тела несжимаемые жидкости), можно утверждать, что гидродинамическая обстановка в реакторе будет определяться изменением давления вдоль потока с1р /с1я,а не абсолютной величиной давления. Если пульсатор обеспечит нужное изменение давления, то необходимое качество перемешивания будет достигнуто. Работа, затраченная при этом, может быт подсчитана как [c.27]

Изменение масштаба процесса (заметим, что это относится как к его увеличению, так и к уменьшению) подвергает самому суровому испытанию все компоненты модели, полученные экспериментальным путем. Даже такие факторы, как константы скорости химических реакций, которые, как можно было бы ожидать, не должны меняться в зависимости от размеров реактора, не остаются неизменными. Например, селективное каталитическое окисление пропилена с получением акролеина и акриловой кислоты может перейти в цепную реакцию горения с выделением СО2 и СО [118]. В процессах, проте-каюпщх с участием радикалов и характеризующихся влиянием стенок сосудов, форма и размер аппарата становятся существенно важными факторами общей кинетической картины. Только в самых простых случаях, таких, как некоторые гомогенные жидкофазные реакции, можно рассчитывать на то, что кинетических данных, полученных лабораторным путем, будет достаточно для значительного масштабирования. Впрочем, и после того как будет подучена твердая гарантия, что эффект стенок отсутствует и что реакции будут идти с теми же скоростями, а константы скорости останутся прежними, введение в процесс даже такого, казалось бы, безо дного компонента, как перемешивание исходных компонентов, порождает проблему масштабирования. Ведь даже в условиях так называемой гомогенной реакции одно дело перемешивать жидкости в лабораторном сосуде и совсем другое — в реакторе емкостью 20 м . Форма и размер реактора, расположение штуцеров, через которые подаются жидкости, подлежащие перемешиванию, и гидродинамический режим, обусловленный геометрией пространства около ввода сырья, — все эти факторы будут оказывать существенное воздействие на характер перемешивания. [c.258]

Газожидкостные реакции. В принципе подходы к исследованию систем газ — жидкость и многофазных жидкостных систем не отличаются один от другого. Если имеется фазовая диаграмма состояний и обеспечено энергичное перемешивание, то с известным приближением кинетические исследования можно проводить в описанной выше аппаратуре, что обычно и делается. Однако даже учет фазового состояния не дает возможности избежать ошибок в кинетических исследованиях. Причина этого состоит в том, что реакционной средой в любой газожидкостной реакции является жидкость, т. е. на поверхности катализатора реакция происходит между жидкостью и расстворенным в ней газом. Из-за поверхностного натяжения жидкость заполняет поры пористых катализаторов или покрывает поверхность монолитных, поэтому, когда частица катализатора попадает в газовый пузырь, доступ реагентов к ней прекращается. Следовательно, в зависимости от гидродинамической обстановки в системе газ — жидкость может измениться среднее фактическое время взаимодействия катализатора с реагентами. Поэтому для выяснения истинной кинетической картины реакций, протекающих в системах газ — жидкость, эксперимент надо вести с раствором газообразного реагента в жидкости, замеряя концентрацию реагирующего газа в растворе. [c.199]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология