Аппараты с перемешивающими устройствами

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 θ₁ на кривой I-θ:

– доля частиц с временем, меньшим θ₁

– доля частиц с временем, большим θ₁

Доля потока с временем выхода, меньшим θ₂

Доля потока с временем выхода, большим θ₂

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.

Структуру потока можно рассчитать методами вычислительной гидродинамики в программных пакетах и представить результат в наглядном виде на цветной диаграмме со шкалой.

Определение параметров ячеечной модели

Кафаров отмечает [19,с.118] несмотря на разработанность теории идеального смешения, реальное перемешивание такой моделью не описывается. Отклонение перемешивания от идеального устанавливают подачей индикатора (см. выше) на вход в аппарат в установившемся состоянии процесса в момент времени t₀ в количестве C₀. В этот же момент замеряется концентрация индикатора на выходном патрубке аппарата:

Кафаров указывает, что доля индикатора, вышедшая за время (t-t₀) записывается в виде функции от числа аппаратов [16,с.118]:

n – число ячеек полного перемешивания,

– среднее время пребывания индикатора в аппарате.

Полученное по приведенной формуле Кафарова расчетное значение С(t) сравнивается с экспериментальной величиной С для момента времени t – для оценки числа ячеек полного смешения, которое соответствует реальным условиям перемешивания.

Кафаров [19,с.119] приводит блок-схему нахождения числа ячеек:

Кафаров приводит программу [19,с.120], записанную на одном из языков программирования. В Вычисление выполняется в виде процедуры, которая запускается из основного программного кода. В первоначальном приближении число ячеек задается равным 1, затем если Сnтеор < Сэкс, число ячеек увеличивают на 1 и повторяют вычисление. Если используется несколько экспериментальных точек определения концентрации индикатора, программа может выдавать усредненное значение. Окончание расчета происходит при сопоставлении суммы квадратов отклонений расчетной и экспериментальной кривых.

__

Пример технологического расчета аппарата с мешалкой

При технологическом расчете аппарата с мешалкой определяются его геометрические размеры и расход теплоносителя.

Расчетная схема аппарата по данным Голованчикова А.Б. [24]:

Существует «пуклеванная» конструкция рубашки аппарата, имеющая минимальную толщину стенки и максимальную жесткость за счет выполнения конусных вытяжек в рубашке и приварке отверстий в вытяжках к обечайке корпуса аппарата. В работе А.Г. Касаткина [20,с.335] такая рубашка называется рубашкой с анкерными связями:

Внутри пуклеванной рубашки происходит перемешивание потока при обтекании конусных вытяжек рубашки и за счет этого интенсифицируется теплообмен. Недостаток, характерный для коаксиальных рубашек отсутствует. Одним из преимуществ пуклеванной рубашки является высокая прочность и жесткость и за счет этого применение минимально тонкого листа для изготовления.

Прочностной расчет такой рубашки выполняется методом конечных элементов в специальной программе, например ANSYS. Как правило, толщина рубашки составляет 2 и более мм.

Существуют змеевиковые теплообменные устройства. Змеевик может быть помещен внутри аппарата или навит и приварен снаружи к обечайке, как показано в работе Касаткина [20,с.335]:

В этом случае выполняется расчет змеевикового теплового устройства.

__

Ниже приведем технологический расчет аппарата с мешалкой с коаксиальной рубашкой. Приводимый расчет основан на методиках А.Б. Голованчикова [23], [24], (а также с применением образцов расчета [20], [25]), в которых скомпилированы гидравлические и тепловые расчеты элементов для одного объекта аппарата с рубашкой.

По модели реактора идеального смешения определяются [23], [24]:

– концентрация непрореагировавшего сырья (χ – степень превращения):

– определяется скорость реакции: