Комбинированные модели

Ячеечная модель.

Диффузионные модели.

Модель идеального вытеснения.

В основе модели идеального вытеснения лежит допущение о поршневом течении без перемешивания вдоль потока при равномерном распределении вещества в направлении, перпендикулярном движению. Время пребывания всех частиц в системе одинаково и равно отношению объема системы к объемному расходу жидкости.

Такой поток, например, имеет место в трубчатом аппарате при турбулентном режиме течения жидкости через него. В этом случае профиль скоростей можно считать равномерным, т.е. считать одинаковым время пребывания отдельных элементов потока.

Отметим, что модели идеального вытеснения в первом приближении соответствуют процессы, протекающие в трубчатых аппаратах при большом отношении длины трубы к диаметру.

Однопараметрическая диффузионная модель предполагает, что поток движется в режиме идеального вытеснения, но в нем происходит продольное перемешивание.

В этом случае аппарат состоит из ряда последовательно соединенных ячеек, через которые проходит поток вещества. При этом в каждой ячейке осуществляется идеальное перемешивание; между ячейками отсутствует обратное перемешивание. Параметром ячеечной модели, количественно характеризующим продольное перемешивание, служит число ячеек полного перемешивания N. С увеличением N структура потока приближается к модели полного вытеснения, а с уменьшением N— к модели идеального смешения.

Ориентировочные области применения различных моделей структуры потоков в аппарате

Наименование модели	Области применения
Модель идеального вытеснения	Трубчатые аппараты с отношением длины к диаметру свыше 20
Модель идеального перемешивания	Цилиндрические аппараты со сферическим дном в условиях интенсивного перемешивания с отражательными перегородками; барботажные аппараты с близкими размерами диаметра и высоты в условиях интенсивного барботажа
Ячеечная модель	Каскады реакторов с мешалками; тарельчатые колонны; аппараты с псевдоожиженными слоями; насадочные колонны
Рециркуляционная модель	Тарельчатые, секционированные насадочные аппараты, где наблюдается заброс вещества в сторону, противоположную направлению основного потока (например, пульсационные колонные аппараты)
Диффузионная модель	Трубчатые аппараты; аппараты колонного типа с насадкой и без насадки при осевом рассеивании вещества

При характеристике движения реальных потоков может оказаться, что ни одна из перечисленных гидродинамических моделей не дает возможности достаточно точно воспроизвести свойства потока, В таких случаях применяют сложные комбинированные модели, построенные на основе приведенных выше простейших моделей с добавлением застойных зон, введением байпасирования и рециркуляции отдельных частей потоков. Математическое описание процесса при этом, естественно, усложняется, однако в результате удается получить необходимую точность воспроизведения свойств объекта моделирования.

При построении комбинированных моделей аппарат разбивают на ряд отдельных зон с различным механизмом и степенью перемешивания. Эти зоны могут соединяться последовательно или параллельно, могут быть как изолированными от окружающего пространства, так и взаимодействовать с соседними зонами. Обычно используют зоны со следующими моделями структуры потоков в этих зонах: модель идеального вытеснения, модель идеального смешения, диффузионная модель, застойные зоны. Общий поток разбивают на ряд последовательно-параллельных потоков. В модель могут включаться рециркулирующие и байпасирующие потоки.

Дата добавления: 2014-01-05