Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Отклонения реальных реакторов от идеализированных моделей





При расчете реальных аппаратов по приведенным урав­нениям необходимо введение соответствующих поправок на степень неидеальности потока. Для получения информации о характере течения потока в реакторе необходимо проследить путь каждой час­тицы при движении ее через аппарат, для чего следует изучить их распределение во время пребывания в аппарате. Это осуществляется экспериментально искусственным нанесением возмущений, напри­мер введением в поток реагентов трассера (краска, радиоактивный изотоп, флуоресцирующее вещество и т. п.) и снятием так называе­мых кривых отклика, показывающих зависимость концентрации трассера на выходе из реактора от времени. Например, если было нанесено так называемое «импульсное» возмущение — мгновенное введение трассера в поступающий поток, то на выходе из реактора идеального вытеснения через некоторое время τ0 будет обнаружен мгновенный выход всего трассера и затем сразу же снижение его концентрации до нуля (рис. 44, а). Это объясняется тем, что в реак­торе идеального вытеснения все частицы движутся параллельно друг другу с одинаковой скоростью, т. е. время пребывания их оди­наково. Таким образом, индикатор движется по длине реактора неразмываемым тончайшим слоем и сигнал, получаемый на выходе в момент т0, в точности совпадает с сигналом, введенным на входе в реактор при τ = 0. Если порцию индикатора, например краски, ввести в реактор идеального смешения (рис. 44, б), то она сразу же равномерно окрасит всю жидкость, находящуюся в реакторе, кон­центрация ее будет одинакова во всем объеме и соответствовать кон­центрации на выходе из реактора. Далее концентрация краски в реакторе и на выходе из него будет постепенно убывать, поскольку она выносится выходящим потоком.

Рис.44. Кривые отклика на импульсное возмущение в реакторах:

а — идеального вытеснения; 6 — полного смешения; в — произвольного режима.

 

 

Если характер потока в реакторе не отвечает ни идеальному вытеснению, ни полному смешению, примерный вид кривой отклика при импульсном возмущении представлен на рис. 44, в. На рис. 44, в видно, что трассер на выходе появляется позднее, чем при идеаль­ном смешении. При этом концентрация трассера сначала растет во времени, а затем после прохождения максимума падает. Структура потока в таком реакторе занимает некоторое промежуточное поло­жение между структурами потоков в реакторах идеального вытес­нения и полного смешения. Для описания процессов, протекающих в такого типа аппаратах, необходимо знать степень отклонения от идеальности. Для определения этой степени используют некоторую упрощенную модель, более или менее точно отражающую.действи­тельную физическую картину движения потоков. В настоящее время для описания структуры потоков в аппаратах промежуточ­ного типа используют диффузионную и ячеечную модели.

Диффузионная модель предусматривает допущение о том, что для математического описания процесса принимается аналогия между перемешиванием и диффузией. В соответствии с этим отклонение распределения времени пребывания частиц потока в диф­фузионной модели от распределения их при идеальном вытеснении считают следствием продольного (осевого) и радиального перемеши­вания. Осевая диффузия может совпадать по направлению с движе­нием основной массы потока или быть направленной в противопо­ложную сторону (продольное перемешивание, обратное перемеши­вание), в результате чего возникают различия во времени пребыва­ния частиц в реакторе (рис. 45).

Рис.45. Диф-ая модель с продольным перемешиванием.

Процесс диффузии в направлении оси потока Н в большинстве случаев подчиняется закону Фика и потому модель описывается уравнением:

(1)

Параметр DH — ко­эффициент продоль­ного перемешивания, характеризует степень перемешивания потока по оси (высоте). Перемешивание под влиянием продольной диффузии

снижает среднюю концентрацию реагентов в реакторе и, следовательно, движущую силу процесса. Однако перемешивание снижает диффузионные торможения и, та­ким образом, увеличивает константу скорости процесса или коэффициент массопередачи в гете­рогенных процессах. Усиление перемешивания вызывает также переход от идеального адиабатического процесса к изотермическому, что увеличивает константы скорости экзотермических процессов. Чтобы определить влияние перемеши­вания на общую скорость химического процесса, следует учитывать, во-первых, возрастание константы скорости и, во-вторых, умень­шение движущей силы процесса. Уравнение (1) представляет собой однопараметрическую диффузионную модель.

Двухпараметрическая модель учитывает перемешивание потока не только в продольном, но и в радиальном направлении. Радиаль­ная диффузия выравнивает профили скоростей концентрации реа­гентов, температур и сближает время пребывания отдельных частиц в реакторе. Радиальное перемешивание всегда полезно, но оно нераз­делимо связано с осевым. В дальнейшем будет рассматриваться только однопараметрическая диффузионная модель, т. е. радиаль­ная диффузия не будет приниматься во внимание. Объем реактора при диффузионной модели υд можно определить по объему реактора для потока идеального вытеснения vB с введением корректирующего

фактора φк, т. е.

υд­ = υВ φк (2)

Корректирующий фактор должен учитывать интенсивность смеше­ния реагентов, геометрию реактора и кинетику реакции (константу скорости). Параметром, характеризующим осевое смешение, является безразмерный комплекс DH /wH, представляющий собой величину Ре', обратную диффузионному критерию Пекле. Комплекс DH /wH может изменяться от нуля для реактора идеального вытеснения до бесконечности для реактора полного смешения. Это подтверждают кривые отклика на импульсное возмущение, приведенные на рис. 46.

Рис. 46. Кривые отклика на импульсное возмущение при различной интенсив­ности перемешивания в проточном реакторе смешения:

1 – режим практически идеального вытеснения; 2 – режим незначительного продольного перемешивания; 3 – режим полного смешения; 4 – режим промежуточного продольного перемешивания; 5 – режим интенсивного продольного перемешивания.

Рис. 47. Кривые отклика на импульсное возмущение в ячеечной модели.

Ячеечная модель характеризует батарею реакторов с неидеальным потоком реагентов, состоящую из ряда последова­тельно соединенных по ходу потока, одинаковых по объему ячеек, в каждой из которых поток идеально перемешан. При этом отсут­ствует перемешивание между ячейками. Наиболее близко этому отвечает каскад реакторов с мешалками. Кривые отклика на импульсное возмущение при различном числе ячеек в модели показаны на рис. 47. С увеличением числа ячеек п структура потока в реакторе все более отклоняется от идеального смешения. При п = ∞ достигается идеальное вытеснение. Таким образом, реактор, работающий в режиме вытеснения, может быть рассмотрен как бес­конечная последовательность ячеек идеального смешения. Ячеечная модель используется для расчета реакционных и нереакционных аппаратов ступенчатого типа, например тарельчатых абсорберов, многополочных реакторов и других аппаратов, секционированных по ходу потока. Если в реакторе число ячеек п≥ 5, то такой реактор с достаточной для промышленной практики точ­ностью может быть рассчитан как реактор вытеснения.

 

 







Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.