Смешение жидких потоков в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции

Смешение жидких потоков в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции

Разработка нового типа промышленных реакторов на базе трубчатых турбулентных аппаратов диффузор-конфузорной конструкции [1-3] определяет целесообразность совершенствования процессов химической технологии, лимитируемых массообменом [1, 2]. Факторами, определяющими эффективность работы трубчатых турбулентных аппаратов диффузор-конфузорной конструкции, являются соотношения dд/dк, Lс/dд, а также величины и V, где dд, dк – диаметры диффузорной и конфузорной части аппарата (м), Lс – длина секции (м), - угол раскрытия диффузора (град), V – линейная скорость движения жидких потоков (м/с). Возможность реализации в аппаратах этого типа автомодельного режима течения жидких потоков [4] расширяет область их использования при работе с высоковязкими средами и позволяет получить уравнения для расчета средних значений коэффициента турбулентной диффузии Dт (м2/с), удельной кинетической энергии турбулентности К (м2/с2), ее диссипации (м2/с3), а также характерных времен турбулентного (tur), микро- (mic) и мезосмешения (mezo) (с) [3, 4] (dд/dк=2, Lс/dд=3):

Dт=0,012fVкdк; К=0,048f2Vк2; =0,021f3Vк3/dк;

 

tur=80,65l2/fVкdк; mic=119,4(dк/(f3Vк3))0,5; mezo=3,62(l2dк)1/3/(fVк),

(1)

где l – линейный размер области аппарата, в которой требуется создать необходимую степень перемешивания реагентов (в работе l=dк); - кинематическая вязкость жидких потоков (м2/с); f=0,117+0,049-0,00122+1,374.10-5 3-5,9.10-8 4. Полученные уравнения просты и пригодны для инженерных расчетов, что подтверждается промышленным использованием трубчатых турбулентных аппаратов, конструкция которых разработана на основе этих зависимостей [5, 6].

В работе изучено влияние геометрических размеров трубчатого турбулентного аппарата диффузор-конфузорной конструкции, динамики его работы, а также физических параметров жидких потоков на распределение средних значений характеристик турбулентного смешения в объеме реактора.

Важными характеристиками, определяющими возможность использования трубчатых турбулентных аппаратов для конкретного процесса химической технологии, а также его геометрические параметры, являются характерные времена турбулентного, микро- и мезосмешения. Например, при осуществлении быстрой химической реакции, когда процесс практически полностью протекает локально в местах ввода реагентов, существенную роль играют численные значения характерного времени мезосмешения mezo – обмена между достаточно крупными турбулентными вихрями и находящимися внутри них более мелкими вихрями. В случае протекания процесса эмульгирования или агломерации частиц средний размер капель (частиц) дисперсной фазы зависит от смешения потоков на микроуровне и определяется значением характерного времени микросмешения mic. При использовании трубчатых турбулентных аппаратов диффузор-конфузорной конструкции для гомогенизации жидких потоков необходимо, чтобы время достижения требуемого качества перемешивания (время пребывания смеси в аппарате) было сопоставимо с характерным временем крупномасштабного турбулентного смешения tur. В общем случае, для оптимального протекания процессов, лимитируемых массообменом, в турбулентных потоках, ограниченных непроницаемой стенкой, должно выполняться соотношение х>tur >mezo >mic и L>V.хV . tur, где х – характерное время химической реакции, L – длина трубчатого турбулентного аппарата.

Перейти на страницу:
1 2 3

Буферные системы организма человека
Буферные системы организма человека Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем ...

Подробности голубиной жизни
Люди издавна занимались разведением голубей и вывели великое множество пород. Эти прекрасные пернатые выглядят, летают и служат человеку по-разному. Для голубей характерна семейная привязан ...

Обоснование выбора пестицидов для борьбы с вредными объектами и разработка технологии их безопасности
Обоснование выбора пестицидов для борьбы с вредными объектами и разработка технологии их безопасности и эффективного применения в условиях Тульской области Потребность в средствах защиты ...