Химическая энциклопедия
"СТРУКТУРА ПОТОКОВ"

СТРУКТУРА ПОТОКОВ в аппаратах непрерывного действия, существенно влияет на хим. процессы, тепло-и массообмен. Для процессов в многофазных потоках важно взаимное направление движения фаз (противоток, прямоток и др.) и геом. формы движущихся объемов (пленки, струи, капли, пузыри). При рассмотрении переноса процессов существенны режим течения (ламинарный, турбулентный) и связанная с ним проблема пограничного слоя. Большое значение имеют различия во времени пребывания частиц потока в рабочем объеме и их взаимное перемешивание в результате нестационарности поля скоростей, неравномерности распределения скоростей и их разнонаправлен-ности. В частицах потока, покидающих рабочий объем быстрее других, процесс оказывается незавершенным; в частицах, задерживающихся в этом объеме, он проходит глубже. Поскольку скорость процесса обычно снижается во времени, его незавершенность определяется долей частиц с малым временем пребывания. Отрицательное влияние неравномерности распределения времени пребывания тем сильнее, чем выше требуемая степень незавершенности процесса.

Перемешивание в потоках подразделяют по направлению на поперечное и продольное, а также по уровню-перемешивание на макроуровне (смешивающиеся частицы сохраняют свою индивидуальность) и на микрруровне (происходит гомогенизация частиц). Поперечное перемешивание, как правило, связана с турбулентностью; оно интенсифицирует массо- и теплоперенос. Продольное перемешивание-взаимное смешение элементов потока, поступивших в аппарат в разные моменты времени. Оно приводит к выравниванию профилей концентраций и т-р по длине потока, к неравномерности распределения времен пребывания, часто уменьшает движущую силу процесса и снижает его эффективность. Для подавления продольного перемешивания и усиления поперечного применяют секционирование потока с помощью соответствующих устройств.

Для анализа хим.-технол. процессов используют модели С. п. разной степени идеализации; простейшие из них-идеальное вытеснение и идеальное смешение (см. Непрерывные и периодические процессы ). В первом случае предполагается отсутствие продольного перемешивания при полном поперечном, время пребывания всех частиц одинаково. Эта модель удовлетворительно описывает, напр., мн. процессы в длинных тpyбax, особенно заполненных зернистыми слоями. В модели идеального смешения полагают, что элементы потока при поступлении в аппарат мгновенно и равномерно смешиваются со всем его содержимым, концентрации и т-ра одинаковы во всех точках объема. К этой модели близки, напр., потоки в аппаратах с интенсивным мех. перемешиванием.

Упомянутые модели-крайние случаи условий смешения в потоке. Промежут. случаи описывают модели, выбор к-рых определяется физ. картиной процесса и степенью сложности расчетов. Диффузионные модели представляют поток как вытеснение, на к-рое накладывается перенос в продольном (однопараметрич. модель) или в продольном и поперечном (двухпараметрич. модель) направлениях, причем перенос формально описывается ур-ниями диффузии . Ячеечная модель представляет поток как последовательность одинаковых ячеек идеального смешения, причем число ячеек подбирается так, чтобы отразить влияние продольного перемешивания. Ячеечная модель удовлетво-

рительно описывает потоки в секционир. аппаратах; как простую расчетную схему ее иногда используют и для иных потоков. Более сложные потоки описываются комбинир. моделями (схемные соед. простых моделей).

Каждой модели С. п. отвечает ур-ние или система ур-ний, позволяющие рассчитывать процесс в потоке и необходимый объем аппарата. Эти ур-ния содержат параметры моделей (эффективный коэф. диффузии, число ячеек и др.), для определения к-рых применяют разл. методы. Напр., на входе потока вводят по определенному закону (импульсному, ступенчатому и др.) индикатор, а на выходе регистрируют отклик-изменение концентрации индикатора во времени (см. также Трассёра [Трассера] метод). Обработка отклика методами статистики позволяет оценить закон распределения времени пребывания и найти параметры модели.

Сведения о С. п. особенно важны при моделировании пром. аппаратов. При переходе к ним от малых установок следует учитывать изменение С. п. Знание параметров С. п. и физ.-хим. характеристик процессов позволяет расчетным путем исследовать и прогнозировать поведение аппаратов и определять оптим. условия их работы.

Лит.: Левеншпиль О., Инженерное оформление химических процессов, пер. с англ., М., 1969; Гельперин Н.И., Пебалк В. Л., Костанян А.Е., Структура потоков и эффективность колонных: аппаратов химической промышленности, М., 1977; Кафаров В. В., Методы кибернетики в химии и химической технологии, 4 изд., М., 1985, с. 298-365. И. А. Гильденблат, А.Ю. Закгейм.