ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массопередача из "Принципы создания безотходных химических производств" Одновременное соблюдение указанных условий массопередачи позволяет выбрать рациональную конструкцию и определить размеры диффузионного аппарата. Гидродинамическая обстановка, создаваемая при диффузионном процессе, в свою очередь зависит от конструктивных особенностей аппарата. Поэтому, если равновесные соотношения и заданные условия проведения процесса могут быть рассмотрены вне связи с конструктивными особенностями диффузионного аппарата, то кинетика должна быть непосредственно увязана с конкретной конструкцией аппарата, в котором идет процесс массопередачи. [c.83] Расчет диффузионной аппаратуры сводится к определению двух размеров диаметра и высоты или длины зоны контакта. Диаметр или сечение аппарата определяется заданной производительностью по сплошной фазе (газу, пару) и линейной скоростью потока в полном сечении аппарата, определяемой из гидродинамических условий его работы. [c.83] Высота аппарата определяется из заданных начальных и конечных концентраций выделяемых компоненюв, движущей силы и скорости переноса вещества. [c.83] При математическом моделировании процессов массопередачи широко используется блочный принцип, когда модель формируется из отдельных ее составляющих (см. рис. 1-2). Имея информацию о равновесных данных и составив материальный и тепловой балансы процесса, можно изучить гидродинамическую модель процесса как основу математического описания. Затем исследуется кинетика процесса массопередачи с соблюдением гидродинамических условий найденной модели и составляется математическое описание этих процессов с учетом уравнений равновесия, материальных и тепловых балансов и граничных условий. На заключительном этапе моделирования математические описания всех сторон процесса объединяются в полную математическую модель. [c.83] Принципиально математическое описание каждого блока модели может иметь различную степень детализации. Важно лишь, чтобы входные и выходные переменные всех блоков модели находились во взаимном соответствии, что обеспечит получение замкнутой системы уравнений математической модели процесса в целом. [c.83] В безотходных производствах для очистки газов наиболее широкое распространение получили насадочные колонны (оптимальный вариант — эмульгационные колонны) и в меньшей степени тарельчатые колонны (оптимальный вариант для очистки— так называемые пенные аппараты) [39]. [c.84] Для насадочных колонн оптимальным является режим эмульгирования, при котором достигается максимальная разделительная способность колонн при максимальной пропускной способности (максимальная производительность). Структура потока в режиме эмульгирования соответствует ячеечной модели с числом ячеек п- оо, т. е. модели идеального вытеснения. [c.84] Значения коэффициента С = 8,4 для точки инверсии С = 8,4— 5,1—режим турбулизации С = 5,1—точка подвисания С = = 5,1 —1,81 — промежуточный режим С=1,81—точка торможения С 1,81 — пленочный режим. [c.85] Аналогичные уравнения были получены для статической удерживающей способности насадочных колонн, а также для коэффициентов тепло- и массоотдачи. [c.85] Поскольку в точке ннверсии происходит наиболее равномерное и однозначное распределение пара и жидкости по сеченик колонны н структура потоков соответствует модели идеального вытеснения, становится возможным масштабировать насадочные колонны. Только в области точки инверсии характер изменения удерживающей способности насадки по жидкости, перепаду давления и разделяющей способности одинаков. Вся высота слоя насадки как бы разбивается на отдельные ячейки, внутри которых происходит идеальное перемещивание, а между ячейками оно отсутствует. [c.85] В табл. IV- приведены соотношения эквивалентных высот насадок, диаметров колонн и перепадов давления для различных беспорядочно засыпанных керамических колец. [c.85] Для расчета реальных размеров тарельчатых колонн наиболее важное значение имеет определение эффективности ступени контакта. Чаще всего в качестве коэффициента эффективности используют нормированную степень достижения равновесного состояния по составам, температуре, т. е. к.п.д. Мерфри, к.п.д. испарения, высоту единицы переноса и т. д. Эти характеристики рассчитывают по литературным данным или определяют экспериментально. Коэффициент эффективности является обобщенным показателем совершенства процесса, однако он позволяет лишь констатировать существующее состояние, но не указывает пути совершенствования процесса. [c.85] В силу стохастического характера явлений массопереноса достижение равновесного состояния подчинено вероятностным законам распределения энергии и массы в пространстве и по времени. К наиболее существенным причинам неравновесности массообмена в промышленных условиях можно отнести неравномерность распределения частиц потока по времени пребывания обратный заброс фаз в результате механического уноса недостаточное время контакта фаз или межфазной поверхности контакта. Степень достижения равновесия на ступени разделения определяется гидродинамикой потоков жидкости и пара, их взаимодействием, а следовательно, временем пребывания в аппарате. [c.86] 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] При расчете массообменных процессов неравномерность распределения элементов потока на тарелках обычно учитывается по локальным характеристикам ограниченных объемов массообменного пространства, в пределах которых допускается идеализированное представление о механизме переноса вещества. Выделенные таким образом локальные объемы с однородными свойствами описываются типовыми гидродинамическими моделями. От числа, типа элементарных моделей и способа их взаимосвязей зависит точность описания структуры потоков в целом. Рассмотрим отдельные типовые модели структуры движения жидкости по тарелке ректификационной колонны. [c.87] Для ячеечной модели движения жидкости, определяемой как последовательность ячеек полного перемешивания, время пребывания в каждой ячейке будет определяться выражением 1У-8, а полное время пребывания равно сумме времен пребывания в отдельных ячейках. [c.88] Решение уравнения диффузионной модели движения жидкости на тарелке получено в предположении линейной равновесной зависимости. Однако для других случаев такое решение можно получить лишь численно. Особенно это относится к многокомпонентной ректификации. Поэтому практически целесообразнее использовать описание моделей структуры потоков конечно-разностными уравнениями, которые в линейном приближении равновесных зависимостей (что часто справедливо в пределах точности вычислений) на ступени разделения позволяют получить несложные с вычислительной точки зрения зависимости. [c.89] При разделении многокомпонентных смесей, поскольку массо-перенос характеризуется матрицей коэффициентов массопередачи, время пребывания отдельных компонентов будет различаться, выражаясь в обшем случае матрицей. Используя известные соотношения между коэффициентами массопередачи по фазам и локальными эффективностями [40], для расчета матриц эффективности различных гидродинамических моделей движения жидкости можно воспользоваться табл. 1У-2. [c.92] Вернуться к основной статье