ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смешение жидкостей в реакторах из "Инженерное оформление химических процессов" Для различных областей реактора при конструировании смешанных моделей принимают следующие режимы течения жидкости поток идеального вытеснения, поток идеального смешения, поток вытеснения с диффузией, застойная зона. Последний тип течения используют для описания районов аппарата, где жидкость движется настолько медленно, что практически каждый такой район можно считать зоной застоя. [c.280] При изучении процесса в застойных зонах обычно предполагают, что их содержимое полностью неподвижно или очень медленно обменивается с основным потоком, проходящим через реактор. В первом случае анализ сильно упрощается второй случай приближается к реальной ситуации, но требует значительно более сложного анализа В дальнейшем будем придерживаться первой гипотезы о процессах, протекающих в застойных зонах. [c.280] При попытке представить процесс в реальном реакторе с помощью модели, включающей застойные зоны, встречаются некоторые трудности. Например, модель с застойными зонами нельзя распространить на установившийся режим потока в сосуде. Кроме того, в данном случае теряет смысл понятие время присутствия жидкости в сосуде , так как если в застойной зоне содержится всего одна молекула, то и тогда получится неопределенность при расчете указанной величины. [c.280] Для устранения описанных трудностей Левеншпиль предложил другую концепцию застойных зон, позволяющую использовать данный тип течения при построении моделей потока. [c.280] Застойные зоны в сосуде представляют собой относительно медленно движущиеся участки жидкости, которые, тем не менее, можно с достаточным основанием считать полностью неподвижными. Эти зоны занимают некоторую часть объема сосуда. Однако при нахождении распределения времени присутствия или времени пребывания веществ в сосуде застойные зоны могут не приниматься во внимание. [c.280] При построении модели, включающей перечисленные компоненты, одна из важных задач заключается в определении объемов зон сосуда с различными типами течения жидкости. Указанную задачу необходимо решить так, чтобы форма кривой, которая характеризует реакцию системы на возмущение, предсказанная на основании модели, по возможности близко совпадала с экспериментальной кривой, найденной для реального сосуда. При этом полезно применять следующие приемы. [c.281] Величина 0с равна площади, ограниченной 1-кривой (рис. ГХ-32). [c.281] Степень байпасирования потока. Течение жидкости при наличии ее байпасного переноса можно рассматривать состоящим из двух параллельно и совместно существующих потоков проходящего через аппарат с некоторой скоростью, и мгновенно перемещающегося относительно первого. На рис. 1Х-33 представлена типичная кривая для сосуда с байпасным потоком. Величину составляющей, которая с большой скоростью движется относительно основного потока, можно оценить с учетом первого выгиба на падающей части 1-кривой или по изменению соответствующего значения в средней части Е-кривой. При этом очевидно, что степень влияния количества вещества, которое переносится по байпасу, на характеристики аппарата удобнее оценивать по Р- или 1-кривым, чем по С- или Е-кривым. [c.281] В этих уравнениях 1,. .. — объемы активных зон сосуда V — полный объем сосуда, т ,. .. — время пребывания жидкости в каждой зоне. [c.283] Число параметров модели. Число параметров, включенных в предполагаемую модель, определяется, с одной стороны, точностью, с которой она должна отражать рассматриваемый поток в пределах данного класса режимов, а с другой — степенью сложности математического аппарата, необходимого для анализа модели. По мере увеличения числа параметров модель охватывает все более широкий круг явлений. [c.283] Таким образом, при изучении некоторой реальной ситуации необ- ходимо сначала стремиться к простейшей модели, согласующейся с опытными данными и в которой наличие тех или ины с зон вытекало бы из действительных условий движения жидкости в реальном аппарате. Тогда параметры этой модели будут иметь конкретный физический смысл и могут быть рассчитаны независимыми методами. Одним из примеров такого подхода может служить разработка модели псевдоожиженного слоя зернистого материала. [c.283] Ниже кратко рассмотрено применение смешанных моделей для описания характеристик потока и определения степени превращения в аппаратах двух широко распространенных типов реакторах с мешалками и реакторах с псевдоожиженным слоем зернистого материала. [c.284] Первый член в уравнениях (IX, 46) отражает прохождение потока через активную зону аппарата. При этом среднее время пребывания Второй член в уравнениях (IX, 46) характеризует байпасный поток, в данном случае функция Дирака показывает, что импульс имеет единичное значение в момент времени = О и нулевое значение в любые моменты времени, отличные от нуля. Сама модель и характерные для нее функции распределения приведены на рис. 1Х-37. [c.288] Шоле и Клотьер нашли также, что на параметры модели оказывает влияние скорость смешения жидкости в аппарате. Это положение иллюстрируется кривыми, представленными на рис. 1Х-38. [c.288] Как и можно было ожидать, повышение интенсивности перемешивания приводит к модели с меньшими величинами байпасного потока и застойной зоны при скорости враш,ения мешалки более 300об1мин в исследуемом аппарате достигается режим идеального смешения. [c.288] Количественные данные, полученные из графиков 1Х-38, относятся только к геометрии того реактора, с которым работали указанные исследователи. Однако можно предположить, что эта модель описывает режим движения жидкости и в других реакторах с мешалками, имеюш,их обш,ие признаки с аппаратом, примененным Шоле и Клотьер ом. [c.288] Для реакций первого порядка данное уравнение переходит в уравнение (IX, 48). [c.290] Аппараты с псевдоожиженным слоем зернистого материала. [c.290] Несмотря на сложность протекающих в псевдоожиженном слое процессов, все же целесообразно кратко рассмотреть его, поскольку он может служить хорошей иллюстрацией еще одной важной области применения смешанных моделей. [c.290] Характеристики псевдоожижен/юго слоя. Газовая фаза проходит снизу вверх через слой твердого зернистого материала со скоростью, обеспечивающей переход твердых частиц во взвешенное состояние. Исследование псевдоожиженного слоя показало, что он не является однородным наличие газовых пузырей среди турбулентно- и толчко-образнодвижущихся частиц твердого материала создает видимость кипения слоя. Пузыри газа просачиваются между частицами твердой фазы, имеющими во взвешенном состоянии относительно небольшой контакт одна с другой. Типичная картина внутреннего состояния псевдоожиженного слоя показана на рис. 1Х-39. [c.290] Вернуться к основной статье