ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Распределение времени пребывания п перемешивание в различных аппаратах из "Моделирование физико-химических процессов нефтепереработки и нефтехимии" Для большинства технических аппаратов желателен один из предельных режимов — идеального вытеснения или идеального перемешивания. Определение условий перемешивания в проточном реакторе позволяет оценить эффективность действия перемешивающих или распределяющих устройств. Если оказывается, что режим в реальном реакторе носит промежуточный характер, то для создания математического описания необходимо определить коэффициенты продольного и поперечного перемешивания Dl и Оц (или числа Пекле для продольного перемешивания Реь = vLIDl и поперечного перемешивания Ред = vfi /LDn) либо число идеальных смесителей в каскаде, идентичном реальному реактору L ti R — длина и радиус аппарата). [c.100] Ряд работ посвящен экспериментальному изучению поля скоростей в потоке через слой зерен [1—5]. Было установлено, что скорость газового потока у стенки трубы может быть или несколько выше, или близка к средней скорости потока, причем повышение скорости по радиусу трубы наблюдается при засыпке шариков с шероховатой поверхностью. [c.100] Существуют методы [6, 7], основанные на использовании датчиков различной природы, помещаемых в разных точках проточного аппарата или аппарата с перемешиванием. Их недостатками являются необходимость модификации или замены технического контактного материала, невозможность изучения всех точек поля внутри аппарата, нарушение гидродинамического режима за счет введения датчиков. [c.100] Следует отметить, что несмотря на большое число исследований, теоретический расчет влияния каждого из этих эффектов на гидродинамику реального многокомпонентного потока через слой зерен вызывает затруднения. Поэтому в последние годы большое внимание уделяется методу оценки условий перемешивания путем определения общего коэффициента продольного перемешивания. [c.101] Основным экспериментальным методом исследования продольного перемешивания является метод изменения состава входного потока и изучение при этом изменений на выходе из аппарата. Обычно с этой целью во входной поток вводят инертное вещество (индикатор) и изучают изменение его концентрации в выходном потоке — отклик на входное возмущение. В теоретических работах рассмотрены три способа ввода индикатора, изложенные ниже. [c.101] Импульсный ввод наиболее удобен для экспериментатора и им наиболее часто пользуются как для лабораторных, так и для промышленных аппаратов [8]. [c.101] Для исследования перемешивания в аппарате при импульсном вводе индикатора можно использовать установку, изображенную на рис. 111-1 [9]. Через холодный аппарат 11 продувается поток очищенного азота из баллона 1. До поступления в аппарат поток азота проходит сравнительную ячейку катарометра 9, после которой помещается устройство для ввода индикатора 10. Пройдя через аппарат, поток азота направляется в измерительную ячейку катарометра 9. Катарометр соединяется с самописцем по обычной для хроматографов электрической схеме. [c.101] В качестве индикатора удобно использовать гелий, коэффициент теплопроводности которого почти в 6 раз выше, чем азота, и появление которого точно фиксируется катарометром. Ввод гелия в поток азота осуществляется в течение примерно одной секунды медицинским шприцем при проколе иглой резинового уплотнения вводного устройства. Пока в потоке азота отсутствует гелий, самописец пишет прямую нулевую линию. Появление гелия на выходе из аппарата регистрируется самописцем в виде кривой отклика. [c.101] На такой установке можно изучать перемешивание в лабораторных и опытных реакторах [10]. Предварительно, однако, следует определить форму выходного импульса, для чего реактор заменяют капиллярной трубкой. [c.101] На рис. И1-3 [8] показаны выходные кривые (концентрация индикатора на выходе) для каскада двух реакторов при импульсном, ступенчатом и синусоидальном вводах индикатора. [c.103] Указанные три способа ввода индикатора применяют для изучения перемешивания жидкой или газовой фазы. В связи с широким применением потоков твердой фазы в аппаратах с движущимся слоем контактного материала возникает необходимость изучения перемешивания также и твердых частиц. [c.103] Описанные в литературе методы изучения перемешивания твердой фазы в условиях движущегося потока или псевдоожижения можно разделить на три основные группы. Первая основана на визуальном подсчете окрашенных частиц [6]. В методах второй группы измерение концентрации магвЕитно-помеченных частиц производится с помощью магнитометров [7]. Достоинством метода является быстрая и автоматическая запись концентрации меченых частиц в слое. Однако, требуемая аппаратура довольно сложна, а влияние различных внешних воздействий из-за высокой чувствительности магнитных датчиков значительно. [c.103] В наших работах [14, 15] для изучения перемешивания была использована естественная радиоактивность некоторых природных солей были получены оценки коэффициентов перемешивания. Однако этот метод требует применения высокочувствительной аппаратуры. Поэтому нами разработана [15] более простая методика исследования перемешивания твердых частиц в псевдоожиженном слое. Она основана на введении в неподвижный слой сжижаемого материала водорастворимой примеси и фотоколориметри-ческом определении ее содержания в различных точках слоя по окончании псевдоожижения. При этом слой после псевдоожижения замораживали с помош ью парафина, а затем определяли содержание примеси в отдельных участках слоя. [c.104] Предварпте.чьные опыты показали, что расположение примеси в неподвижном слое ожижаемого материала не меняется при заливке парафином. Заливка парафином удобна прп работе с малыми лабораторными реакторами для опытных и опытно-промышленных реакторов отбор проб ожижаемого материала может быть сделан п без заливки парафином, путем послойной выгрузки материала. Для иллюстрации приведем следующий пример. [c.104] Ожижающпм агентом служил технический азот, расход которого измеряли реометром. Под газораспределительной решеткой реактора была помещена насадка пз проволочной канители для равномерного распределения газового потока по сечению. Включение и отключение линии азота производили трехходовым краном. Расход газа устанавливали до введения примеси в реактор, затем отсекали установившийся поток газа и в реактор помещали СибО -ЗНзО. [c.104] Для краткого рассмотрения теоретических основ оценки перемешивания в проточных аппаратах путем наблюдения за концентрацией индикатора введем понятие о распределении времени пребывания. Учитывая, что разные элементы поступающего потока могут находиться в аппарате разное время, будем характеризовать их временем пребывания в реакторе т. [c.105] Легко убедиться, что кривая F (т) совпадает с кривой относительного отклика при ступенчатом изменении концентрации индикатора. С этой целью рассмотрим ступенчатое изменение концентрации индикатора в потоке веш ества на входе в аппарат при т = О от О до Со- Ко времени т в выходном потоке объемная доля веш,ества, находившегося в объеме в течение времени, меньшего, чем X, есть F (т), и это вещество содержит индикатор объемная доля вещества, находившаяся в течение времени, большего, чем т, есть 1—F (т), и в этом веществе индикатора нет. [c.106] При импульсном вводе пользоваться начальной концентрацией неудобно. Пусть количество индикатора, введенного при т = О в форме мгновенного импульса в поток G, есть g концентрация индикатора в выходном потоке ко времени т пусть равна С-Тогда количество выходящего в момент от т до t -f- dx индикатора есть G dx. Это же количество можно выразить и иначе. [c.106] Вернуться к основной статье