ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСТРАКЦИИ Условные обозначения из "Основы жидкостной экстракции" Материалы, приведенные в настоящей главе, свидетельствуют о том, что доступные теоретические и опытные данные в настоящее время еще не позволяют дать всестороннюю оценку и на ее основе провести сравнение экстракторов различных типов. Показатели работы экстракторов, прежде всего их эффективность, сильно и в разной мере зависят от физических свойств обрабатываемых систем, которые в свою очередь весьма чувствительны к чистоте разделяемых жидких смесей. [c.350] Схема предварительного выбора типа экстрактора. [c.351] Сравнение удельных нагрузок проводилось [253] для следующих условий межфазное (граничное) натяжение (30—40) X Х10 Н/м, вязкость 1 сП, объемное соотношение фаз 1 1, разность плотностей фаз Ар 0,6 г/мл. [c.351] Обоснованный выбор оптимальной конструкции экстрактора для конкретного производственного процесса, как указывалось ранее, весьма затруднителен. Это объясняется, в частности, широким диапазоном колебаний эффективности аппаратов (см. выше). [c.352] На рис. V.35 показана схема, аналогичная приведенной в работе [253], отражающая некоторые качественные характеристики экстракторов различных типов. Эти сведения могут служить ориентиром при предварительном выборе типа экстрактора. [c.352] Окончательный выбор аппарата обусловлен особенностями разрабатываемого экстракционного процесса и обычно требует проведения предварительных опытов. В ответственных случаях соответствующие испытания должны проводиться не на модельных, а на промышленных системах жидкость — жидкость. [c.352] Для уточнения критериев выбора и проектирования экстракторов необходимы дальнейшие исследования в области гидродина-МИКИ, массопередачи и моделирования аппаратов различных конструкций. [c.352] Карпачева С. М., Захаров Е. И., Кошкин В. Н. и др.— В кн. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Машины, аппараты, средства механизации и автоматизации производственных процессов, вып. 1 (41). Пульсационная аппаратура. М., 1972, с. 50—57. [c.359] С точки зрения математического описания экстракция является сложнейшим многофакторным процессом. Факторы, определяющие механизм протекания и эффективность этого технологического процесса, с достаточной полнотой отражены в предыдущих главах. Сложность математических моделей, отображающих характеристики промышленного процесса экстракции, обусловлена тем, что в них фокусируется вся совокупность равновесных, кинетических и гидродинамических данных, получаемых на разных стадиях изучения процесса от лабораторных исследований до промышленных испытаний. [c.363] В отношении методологии моделирования процесс экстракции, являющийся типовым процессом химической технологии, не может рассматриваться обособленно. Успехи его математического описания обусловлены общим уровнем развития идей и методов моделирования, а также достижениями в области математического описания массообменных и реакторных процессов. [c.363] Самыми ранними и наименее подробными формами математического описания массообменных процессов являются графо-ана-литические методы расчета. Эти методы еснованы на концепции равновесной ступени. Упрощенность теоретических предпосылок, геометрически наглядная интерпретация расчетных соотношений и, главное, ориентация на возможности ручного счета предопределили общедоступность и широкое распространение этих методов. Наиболее полное изложение графо-аналитических методов расчета многоступенчатых процессов экстракции дано в известной монографии Трейбала [1]. Значительному распространению этих методов в области расчета многокомпонентных систем экстракции неорганических веществ способствовали работы академика А. В. Николаева с сотр. [2]. [c.363] Упрощающее расчеты допущение о равновесной ступени не является ограничивающим условием, когда осуществляется выбор селективных растворителей, поиск рациональной схемы разделения, ориентировочная оценка степени извлечения или разделения для разного числа ступеней и отношений нагрузок по растворителям. Однако когда речь идет о прогнозировании характеристик промышленной аппаратуры и экстракционных каскадов, допущение о равновесных ступенях становится сдерживающим моментом, ограничивающим точность моделирования и потому затрудняющим оптимизацию процесса. [c.363] При указанном допущении вся сложная картина взаимодействия равновесных, кинетических, гидродинамических, конструктивных и масштабных факторов процесса экстракции приводится к одному показателю ВЭТС (или ВЕП) для колонного аппарата или КПД ступени — для смесителя-отстойника. Неявный характер зависимости ВЭТС (или КПД) от влияния и взаимодействия перечисленных факторов приводит к необходимости использования на практике многочисленных эмпирических соотношений, которые плохо согласуются между собой. При использовании эмпирических данных фактически не учитывается то, что и ВЭТС, и КПД ступени для нелинейных изотерм равновесия являются функциями состава фаз и поэтому не могут рассматриваться как константы процесса. [c.364] Второе обстоятельство, существенно снижающее точность расчетов по равновесным ступеням, связано с нарушением противотока для некоторой части контактирующих на ступенях фаз. Для дифференциально-контактных экстракторов это явление выражено через эффект продольного перемешивания. В каскаде смесителей-отстойников оно проявляется через обратный унос не полностью сепарированных в отстойнике фаз. [c.364] Отличительной особенностью процесса экстракции по сравнению с другими массообменными процессами (ректификацией, абсорбцией) является значительное обратное перемешивание в обеих фазах. Это обусловлено невысокими скоростями относительного движения легкой и тяжелой фаз. [c.364] В настоящее время проблема прогнозирования оптимальных характеристик промышленных экстракторов и каскадных схем — одна из наиболее актуальных. Решение этой проблемы возможно лишь при переходе на качественно новый уровень математического описания, основанный на поэлементном представлении о межфазном равновесии, об условиях межфазного переноса, о влиянии гидродинамической обстановки и конструкции аппарата на организацию транспорта сплошной и диспергированной фаз. Сведение воедино в модели процесса описаний для всех отмеченных факторов известно как блочный принцип построения модели 1[3]. Заметим, что стыковка в модель процесса данных об отдельных элементарных составляющих осуществима только при том необходимом условии, что описание каждого фактора в отдельности и всех вместе будет строиться на единой методологической и аналитической основе. [c.364] Проблема моделирования процесса экстракции включает ряд самостоятельных задач. [c.364] Экстракция представляет собой многостадийный массообменный процесс. Это предопределяет многомерный характер математической задачи, ибо число уравнений пропорционально удвоенному числу секций аппарата, умноженному на число равновесных соотношений по компонентам с учетом возможных химических реакций. В общем случае нелинейный характер равновесных соотношений для многомерной системы обусловливает множественность возможных математических решений, причем лишь некоторые из них допустимы физически. Формирование алгоритмических стратегий, обеспечивающих устойчивость счета и сходимость к физически обоснованным решениям, является определяющим элементом программирования на ЭВМ. [c.365] Структурные модели, в отличие от функциональных, обладают достаточно широкими экстраполяционными возможностями, что делает их пригодными для решения оптимизационных задач на стадии проектирования промышленных процессов. Разработка проблем структурного моделирования процесса экстракции находится в стадии решения. По ряду вопросов моделирования статических и нестационарных режимов процесса экстракционного извлечения несмешивающимися растворителями достигнуты положительные результаты [6—8]. Проблемы математического моделирования многокомпонентных систем экстракции в настоящее время находятся в стадии формирования и требуют всестороннего анализа и обсуждения. [c.366] Вернуться к основной статье