Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Методы исследования кинетики.






Цель исследования – получение достоверного (адекватного) математического описания процесса с учетом истинного механизма смешения и всех факторов, влияющих на процесс.

Существуют 6 методов исследования:

1. Исследование на качественном уровне.

Производится констатацией фактов, и получается оптимальный режим работы смесителя для данного состава. Имеется смесь и аппарат. В результате исследований определяются:

1) возможность приготовления данного состава на данном аппарате;

2) оптимальные параметры смесителя для данного состава;

3) оптимальное время перемешивания.

2. Работа по составлению математической модели на эмпирическом уровне.

Данные в виде регрессионного уравнения не учитывают всех факторов физики процесса и свойств перерабатываемого материала.Исследование производится для определенного класса составов и определенного типа смесителя. Для обобщения классов составов эмпирических уравнений необходимо найти зависимость параметров моделей а и в от составов. Тогда этот комплекс уравнений можно применять для данного класса смесей в данной конструкции смесителя для описания кинетики.

3. Кинетика описывается в критериальной форме.

Возможная степень влияния критериев может быть ниже уровня значимости. Поэтому критерии не учитывают всех факторов, а описывают отдельную группу физических факторов. Метод универсален, но не учитывает процесс разложения смеси (сегрегацию). Выводится аналитически критериальное уравнение процесса разложения с последующей экспериментальной проверкой на адекватность. При выводе этого уравнения используется метод анализа размерности и метод подобия. Адекватное уравнение, проверенное на лабораторных аппаратах, можно применять для расчета промышленных аппаратов, при условии сохранения значений критериев постоянными.

4. Описание кинетики на основе опытных данных. Скорость процесса определяется пропорционально самому изменению качества. Недостаток – модели не адекватны в начальных и конечных значениях времени перемешивания.

5. Описание кинетики процесса на основе физических законов. Недостаток – большая неточность. Имеются 3 подхода к выводу уравнения кинетики:

1. предполагает, что механизм смешения состоит из конвективного движения;

2. предполагает, что смешение аналогично процессу диффузии, т.е. чем больше площадь контакта между фазами, тем лучше качество смеси;

3. предполагает смешение как результат сдвиговых деформаций.

Существует множество комбинаций:

- сдвиг и диффузия;

- сдвиг и конвекция;

- конвекция и диффузия.

В основе кинетических уравнений лежат законы физических явлений, таких как:

- теорема действующих масс;

- уравнение неразрывности потока;

- уравнение Фика (I, II).

6. Описание кинетики на основе математических аппаратов цепей Маркова.

Процесс смешения рассматривается как случайный. Модели обладают высокой точностью и в последние десятилетия применяются в полной мере.Стохастическая модель смешения получена после составления структурной схемы с учётом всех моментов возможных состояний системы. Каждое состояние описывается своей моделью с последующим обобщением в единую систему уравнений согласно теории цепей Маркова.

Марковские процессы могут описывать 3 вида систем:

1) дискретные в пространстве и времени;

2) дискретные в пространстве и непрерывные во времени (перемешивание);

3) непрерывное в пространстве и времени.

Марковские процессы имеют свойства:

1) ординарность – определяется кинетическими уравнениями, имеющими один вид для всех перемешанных материалов и устройств. Кинетика процессов неразрывна, т.е. изменение качества смеси происходит непрерывно, без разрыва.

2) Стационарность – моменты распределения однородны для любого времени перемешивания. Независимы от числа испытаний, т.е. при любом испытании с определённой точностью мы воспроизводим кинетическую кривую.

3) Отсутствие после действия – кинетические кривые воспроизводятся с любых точек независимо от начала испытания, только в одну сторону без возврата на предыдущую точку.

 

7.Перемешивание жидкости – это соединение различных объемов жидких компонентов с целью гомогенизации.

Степень перемешивания – это взаимное распределение компонентов за определенное время, оценивается критерием качества.

Интенсивность перемешивания – достижение требуемого качества в данном смесителе за определенное время. Интенсивность перемешивания в единицу времени – это скорость перемешивания. Для каждого режима работы присуще своя интенсивность. Интенсивность определяется факторами:

1) числом оборотов мешалки;

2) окружной скоростью конца лопастей мешалки;

3) критериями, определяющими режим работы, физико–механические свойства материала.

4) Расходуемой мощностью на перемешивание, отнесённой на единицу объёма перемешивающей жидкости.

Время перемешивания оценивается анализом проб. Анализ производят химическим, термическим или оптическим методом.

Движущей силой процесса является наличие градиента концентраций.

В природе перемешивание жидкостей происходит за счет диффузии, описывается уравнением Фика первого порядка:

dc/d t = D(dc/dx)

Перемешивание происходит естественным путём за счёт диффузии и принудительным путём за счёт перемешивающих устройств.

1) неточность изготовления труб: перемешивание происходит за счёт пристенного эффекта при течении жидкости в трубе.

2) насосы, где перемешивается за счёт воздействия рабочего органа насоса (лопастные, струйные, центробежные и т. д.);

3) на тарелках ректификационной колонны за счёт воздействия сил тяжести;

4) мешалки различной конструкции.

В быту даже взаимно растворимые жидкости перемешиваются принудительно, в трубопроводе – за счет давления внутри трубы и турбулизации потока.

В быту перемешивание производится в аппаратах с мешалками.

Механическое перемешивание в аппаратах с мешалкой производится с целью:

1) смешения взаимно нерастворимых жидкостей до однородных растворов;

2) получения эмульсий из нерастворимых жидкостей;

3) ускорения химических реакций за счёт увеличения или обновления поверхности контактов фаз;

4) интенсификации теплообмена нагреваемой или охлаждаемой жидкости или компенсации теплового эффекта для термических условий;

5) ускорения химических реакций в системе жидкость – твёрдое тело (суспензии) или каталитических реакций с твердым катализатором.

6) ускорения процесса растворения твердых веществ в жидкости.

7) получения суспензии в системе жидкость – твердый порошок.(рмас.< pпов.)

Аппараты для переработки жидких материалов называются смесителями, реакторами, автоклавами, эмульгаторами, сепараторами. Эффективность перемешивания определяется затратами мощности. Для оценки интенсивности через мощность, обычно затраты нормируются через объем перемешиваемой жидкости (N/V) или через вес (N/V p). Моделирование процесса заключается в оценке затрат мощности, поэтому моделью является уравнение мощности в зависимости от различных факторов в критериальных формах. Математическая модель получается на лабораторной установке. Определяются все параметры модели на основе эксперимента. При сохранении числовых значений критериев эта модель применима для расчёта промышленных аппаратов. Вывод уравнения зависимости мощности от различных факторов.

g – ускорение силы тяжести;

n – число оборотов;

dm – диаметр мешалки;

D – диаметр аппарата.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.