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 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.