Константин Ефанов - Аппараты с перемешивающими устройствами

Время пребывания и объем реактора связаны по формуле [7,с.111]:

Уравнение в графической форме [6,с.112]:

Схема модели [6,с.110]:

Условия в проточном аппарате смешения не совпадают с условиями в периодическом аппарате смешения [7,с.111]. Только при рассмотрении состояния реакционной массы в конкретный момент времени появляется соответствие между аппаратами. Поэтому проточный аппарат является аппаратов дифференциального типа.

Существует более сложная ячеечная модель [6,с.172], в которой перемешиваемый поток разделяется на ряд последовательно соединенных ячеек. В каждой ячейке происходит полное перемешивание потока, при этом перемешивание между ячейками отсутствует. Количество ячеек является характеристикой реального потока. При одной ячейке получается реактор идеального смешения, при бесконечном числе ячеек получается реактор идеального вытеснения.

Ячеечная модель аналогична каскадному соединению аппаратов идеального смешения.

В работе [7,с.238] отмечается, что степень не идеальности потока как фактор не поддающийся расчету. Однако, методами вычислительной гидродинамики структура потока рассчитывается полностью.

Кафаров отмечает [6,с.177] источники неравномерности потока по времени пребывания:

– неравномерность профиля скоростей,

– турбулизация потоков,

– молекулярная диффузия,

– застойные зоны,

– каналообразование, байпасный и перекрестный ток,

– температурные градиенты перемешиваемых потоков,

– теплообмен и массообмен между перемешиваемыми фазами.

Все перечисленные Кафаровым источники неравномерности без затруднений определяются методами вычислительной гидродинамики при расчете в специальных компьютерных пакетах.

В моделях смешения для учета неидеальности потока вводятся функции I-распределения и E-распределения.

Кафаров приводит формы кривых распределения [6,с.179]:

Вводится безразмерное время:

В работе [7,с.241] приводятся кривые I-θ и Е-θ (площади кривых равны единице):

I -функция характеризует время присутствия внутри аппарата, Е-функция характеризует плотность распределения времени пребывания потока в сосуде.

Для выбранного времени θ 1 на кривой I - θ:

– доля частиц с временем, меньшим θ 1

– доля частиц с временем, большим θ 1

Доля потока с временем выхода, меньшим θ 2

Доля потока с временем выхода, большим θ 2

Для экспериментального определения не идеальности потока в аппарат вводят трассер [7,с.242].

Отклик измеряют на выходном патрубке.

Импульсный сигнал является δ-функцией.

С-кривой является функция изменения концентрации трассера в потоке на выходном патрубке при импульсном вводе.

F-кривой является функция изменения концентрации трассера в потоке на выходном патрубке при импульсном вводе и поддержании концентрации трассера в потоке на этом уровне.

В работе [7,с.244] приводится график F-кривой, график для δ-сигнала и С-кривой:

С помощью этих кривых производится расчет реакторов с неидеальным потоком.

Модели по кривым, учитывающим отклонение потока от идеальности не показывают структуру потока.