Трассёра Метод

метод изучения закономерностей явлений переноса (см. Переноса процессы) в хим.-технол. Процессах с помощью примесей к.-л. В-в, наз. Трассёрами, к-рые вводят на вход или в рабочий объем аппаратов. Применение Т. М. При анализе процессов и разработке аппаратуры для их проведения позволяет выявить влияние ее масштабов (см. Масштабный переход) и инженерного оформления на макроперемешивание материальных потоков, устанавливать модели их движения, оценивать и использовать в послед. Расчетах процессов параметры этих моделей (см. Также Структура потоков). Трассёрами (их наз. Также индикаторами или метками) служат жидкие либо твердые в-ва, содержащие небольшие кол-ва красителей, солей, радиоактивные препараты и др., присутствие к-рых легко определяется физ.

Или хим. Методами анализа. Применяют также т. Наз. Температурные метки-нагретые газы, жидкости, твердые частицы. При исследованиях движения газов к осн. Потоку, напр. Воздуху, добавляют Не, Аr, СО 2, частицы аэрозоля (дым). Способы постановки экспериментов с применением Т. М. Определяются их задачей и особенностями исследуемого объекта (в случае проточных систем источник трассёра м. Б. Нестационарным или стационарным, в случае непроточных -всегда нестационарным). Ниже рассмотрены наиб. Распространенные способы. 1) В поток, поступающий в проточный аппарат, вводят (импульсами, ступенчато и др.) трассёр, начальная концентрация к-рого с 0 изменяется во времени [с 0(t)]. Регистрируют концентрации страссёра в разл. Точках внутри аппарата и на выходе из него [с(t)].

Зависимости с 0(t) часто наз. Концентрационными возмущениями на входе в аппарат, а зависимости с(t)-кривыми отклика на эти возмущения. Примеры кривых отклика на ступенчатые изменения концентрации трассёра на входе в аппарат (т. Наз. Кривые вымывания) показаны на рис. 1 (см. Также Псевдоожижение). Рис. 1. Кривые отклика в различных точках по высоте аппарата с неподвижным зернистым слоем (здесь и далее номера кривых возрастают по мере увеличения расстояния от места ввода трассёра). С помощью кривых отклика находят ф-ции распределения x(т) элементов потока по временам пребывания и возрастам, используя ур-ние c(t) = тc0(t Ч т)x(т)dт[пределы интегрирования определяются областью существования с(t)], где т-возраст, или время, прошедшее для элемента потока, к-рый находился в аппарате с момента входа в него.

X(т)dт -доля элементов потока, время пребывания (возраст) к-рых находится в интервале т, т + dт. Ф-ции распределения применяют при расчетах хим.-технол. Процессов. Так, если в аппарате периодич. Действия происходит р-ция первого порядка и во всех точках реакц. Объема условия процесса одинаковы, то, зная зависимость концентрации к.-л. Реагента от времени [с р(t)], можно найти концентрации этого реагента в аппарате непрерывного действия. Для процессов переработки дискретных частиц (обжиг, сушка и др.) с помощью ф-ций распределения x(т) находят ф-ции распределения частиц по св-вам (состояниям). При этом исходят из условия. Доля элементов потока, св-во (состояние) к-рых изменилось от и 0 до u, равна доле элементов потока, время пребывания (возраст) к-рых равно времени, необходимому для перехода от состояния и 0 до и.

Данный способ принято наз. Способом ф-ций отклика или способом респонстехники (в англоязычной литературе часто используют термин "RTD technique", или "Residence Time Distribution Technique"). 2) Трассёр вводят стационарно в нек-рую точку внутри аппарата или распределяют равномерно по его сечению. Концентрацию трассёра измеряют в разных точках по сечению и высоте аппарата. На рис. 2, а приведена зависимость сот продольной координаты l в области аппарата, расположенной ниже источника трассёра (кривая продольного, или обратного, перемешивания). Рис. 2, б иллюстрирует радиальный профиль концентрации трассёра при его точечном источнике (кривая радиального перемешивания). Данным способом, наз. Способом стационарного источника, изучают продольный и поперечный перенос массы в аппаратах.

Напр., если устройство для ввода одного из реагентов в аппарат находится на нек-ром расстоянии от устройства, в к-рое подается др. Реагент, удается выявить, где оба реагента взаимодействуют и в каких соотношениях. При необходимости установления модели структуры потоков и определения ее параметров способ стационарного источника целесообразно сочетать со способом респонстехники. Так, применительно к колонному аппарату правомерно выбрать двухпараметрич. Диффузионную модель, если она хорошо описывает эксперим. Кривые отклика, а также кривые радиального и обратного перемешивания. Рис. 2. Кривые продольного (а)и радиального (б) перемешивания газа в псевдо-ожиженном слое. 3) Если система непроточна (обычно периодич.

Действия), трассёр вводят импульсно, как правило, за малый промежуток времени в конкретную точку или область аппарата (радиусом R) и регистрируют кривые отклика (рис. 3) в разл. Точках по его объему. По истечении времени, к-рое наз. Характерным временем перемешивания т x, текущие концентрации трассёра становятся равными его средней концентрации по объему системы. Этот способ, наз. Способом локальной респонстехники в непроточных системах, используют при изучении перемешивания на макроуровне в аппаратах с мешалками, барботажных, с псевдо-ожиженным слоем, вращающихся барабанах и т. Д. Если среднее время пребывания элементов потока способ применим также и к проточным системам. Использование Т. М. Значительно удешевляет разработку процессов и аппаратов хим.

Технологии, поскольку исследования обычно проводят на модельных ("холодных") аппаратах с инертными средами. Рис. 3. Кривые отклика на импульсный ввод трассёра в аппарат с мешалкой. 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. Расчеты аппаратов кипящего слоя, Л., 1986. Ой-генблик А. А. [и др.], "Теоретич. Основы хим. Технологии", 1987, т. 21, № 6, с. 795-800. А. А. Ойгенблик.