Главная > Разное > Газожидкостные реакторы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Циркуляция жидкости и продольное перемешивание.

Вследствие неравномерности распределения газосодержания по сечению барботажной колонны в ней возникает циркуляция жидкости с восходящим потоком в центральной части и с нисходящим около стенок. Условный профиль скоростей циркуляции жидкости в обоях потоках показан на рис. 27, из которого видно, что на некотором расстоянии от оси колонны существует граница раздела восходящего и нисходящего потоков. Величина зависит как от приведенной скорости газа в колонне [58], так и от ее радиуса .

Рис. 26. Сопротивление опытных и расчетных [по уравнению значений сопротивления зернистого слоя: (см. скан)

Представленные на рис. 28 данные об изменении отношения показывают, что для промышленных барботажных колонн может быть принято среднее значение

По опытным данным Павлова [58], максимальная скорость жидкости (рис. 27) в центре колонны (восходящий поток)

а вблизи стенок (нисходящий поток)

Здесь следует отметить, что эти уравнения справедливы для барботажного слоя высотой При более высоких слоях возрастает движущий напор циркуляции и соответственно скорость циркуляции. Подробно этот вопрос рассмотрен применительно к газлифтным реакторам в п. 12.

Рис. 27. Профиль скоростей циркуляции жидкости в барботажной колонне

Рис. 28. Изменение отношения в зависимости от скорости газа (кривая 1) и радиуса колонны (кривая 2)

Локальные скорости жидкости на расстоянии (рис. 27) от оси колонны Дильман [54] рекомендует рассчитывать по следующим формулам: в восходящем потоке

а в нисходящем потоке

Величина определяется локальным значением критерия Рейнольдса:

где локальная скорость на расстоянии соответственно в восходящем и нисходящем потоках.

Имея эти уравнения, можно построить профили скоростей при любых значениях скорости газа и методом графического интегрирования найти средние расходные скорости жидкости в восходящем и нисходящем потоках. Были предприняты попытки [541 аналитического метода расчета (с привлечением ЭВМ) указанных скоростей, однако вследствие ряда допущений в сопротивлениях циркуляционных контуров и привлечения к расчету такого, весьма неопределенного параметра, как вязкость барботажного слоя, этот метод можно пока положительно оценить только с позиции постановки задачи.

Следует иметь в виду, что распределение скоростей, о котором говорилось выше, наблюдается на достаточно большой высоте барботажной колонны (при условии . В колоннах, секционированных перфорированными перегородками (особенно при нарушении их горизонтальности), может возникать кольцевая циркуляция жидкости в вертикальной плоскости, охватывающая весь объем, ограниченный перегородками.

Скорость циркуляции жидкости как одна из гидродинамических характеристик барботажного слоя пока еще не используется при расчетах пустотелых колонн. Но, очевидно, через нее можно выразить интенсивность перемешивания неоднородных жидких систем, теплоотдачу к теплообменным элементам, размещенным в колонне, и изменение движущей силы процессов массообмена.

С точки зрения продольного перемешивания жидкости пустотелые барботажные колонны, учитывая высокие скорости циркуляции, можно рассматривать как аппараты идеального смешения. Но при малых скоростях газа основную роль в продольном перемешивании будут играть турбулентные пульсации, обусловленные деформациями газовых пузырей и заполнением жидкостью покинутого ими объема, т. е. турбулентностью в следах за газовыми пузырями.

Изучение продольного перемешивания в пустотелых барботажных колоннах показало, что коэффициент турбулентного переноса может изменяться в очень широких пределах (от до Такое изменение обусловлено многими факторами и, в первую очередь, скоростью барботирующего газа и диаметром колонны, что логически обосновано и подтверждается структурой зависимости (11.10).

Сведения о влиянии и на продольное перемешивание весьма противоречивы, что наглядно видно из рис. 29. Однако, если принять во внимание сложность изучаемого явления, неопределенность выбираемой модели, описывающей турбулентный перенос вещества, и несовершенство техники экспериментов, то можно совпадение опытных данных у различных исследователей признать достаточно удовлетворительным.

Ориентируясь на довольно обстоятельные исследования Каца, Розенберга и Хейфеца, примем их методику расчета коэффициента продольного перемешивания. Воспользовавшись для анализа рассматриваемого явления циркуляционной моделью с профилем скоростей и поперечным обменом, они показали, что характер продольного перемешивания зависит от отношения высоты колонны к ее диаметру Их расчетные рекомендации сводятся к следующему.

Для конвективной области перемешивания

для диффузионной области перемешивания

В этих уравнениях при при

Существенное влияние на величину оказывают при пузырьковом режиме барботажа условия диспергирования газа, что экспериментально было доказано исследованиями [5].

Рис. 29. Коэффициент продольного перемешивания в барботажных колоннах различных диаметров

Исследований по продольному перемешиванию в колоннах с затопленной насадкой было проведено мало, поэтому преждевременно пока говорить о каких-либо обобщающих уравнениях для расчета Следует только отметить, что в предлагаемые расчетные зависимости иногда без достаточных обоснований и соответствующей экспериментальной проверки вводят критерии предполагая довольно существенное влияние на вязкостей газа и жидкости. К таким рекомендациям нужно относиться критически. Например, предложенное в работе [8] критериальное уравнение в силу неизменности в опытах таких параметров, как вязкость газа и жидкости, диаметр колонны и порозность слоя, свидетельствует только о пропорциональности

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление