Многоуровневая система моделирования нестационарных и меняющихся режимов работы низкотемпературных установок (1024695), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

Схема барботажной колонныИзмерение температур осуществляется тремя полупроводниковымидатчиками DS1820 и переключающимся преобразовательным прибором - 8- миканальнымизмерителемтемпературыивлажностимодели2605(08)предприятия «Измерительная техника» г. Москва.Содержание паров бензина в воздухе осуществляется инфракраснымоптико-акустическимгазоанализаторомКЕДР-06(изготовительНПО247«Химавтоматика» г.

Москва), предназначенным для непрерывного измерениясодержания углеводородов в воздухе и отградуированным для измерения паровбензина в воздухе.Величины погрешностей определялись аналогично главе 2 даннойработы. Предельная относительная погрешность измерения температуры иконцентрации паров бензина складывается из погрешностей первичного ивторичного приборов и составляет T=1%, c=0,5%.

Погрешность измеренияобъёмного расхода ротаметром составляет V=1%.Конечная концентрация паров бензина в выходящей из барботажнойколонны воздухобензиновой смеси определяется прежде всего высотойуровнем налитого жидкого бензина и температурой процесса. Чем вышеуровень, тем больше время всплытия пузыря и тем продолжительней процессмассообмена при испарении бензина в воздушные пузыри. Таким образом,повышение уровня жидкого бензина приведёт к повышению конечнойконцентрация паров бензина в выходящейиз барботажнойколоннывоздухобензиновой смеси.Равновесное (максимальное) содержание паров бензина в воздушномпузыре увеличивается с повышением температуры процесса из-за болееинтенсивного испарения бензина.

Поэтому повышение температуры приведётк увеличению конечной концентрации паров бензина в выходящей избарботажной колонны воздухобензиновой смеси.Дляопределенияначальногорадиусапузыряrпoиспользоваласьэмпирическая формула из [222]:1 6d 0 ж  3 ,rпo  0,5()g жпгде d 0 - диаметр отверстия,  ж - коэффициент поверхностного натяженияжидкости,  ж и  п - плотности жидкости и газа пузыря, g – ускорениесвободного падения.На рис. 5.11 и 5.12 показаны временные зависимости концентрации248воздухобензиновой смеси на выходе из барботажной колонны, полученныеэкспериментальным путём, и соответствующие им расчётные значения,полученные по предложенной методике.

Средняя температура процессасоставляла 240С. , ◊ - экспериментальные значения; 1, 2 - расчётные значенияРис. 5.11. Временная зависимость концентрации паров бензина в выходящемпаровоздушном потоке для расхода подаваемого воздушного потока 9 м3/час ипри разных высотах жидкого бензина в барботажной колоннеНекоторые несовпадения экспериментальных и расчётных данныхнаблюдается в начале и конце рассматриваемого процесса барботажа. Этоможно объяснить следующими причинами. В начале процесса воздух начинаетинтенсивно растворяться в жидком бензине и поэтому количество воздуха впузырях будет уменьшаться.

Уменьшение количества воздуха в пузыряхприведёт к увеличению реальной концентрации паров бензина по сравнению с249расчётной по предложенной модели. В конце процесса уровень жидкогобензина уменьшается и в нём увеличивается относительный объём газовыхпузырей при неизменном объёмном расходе подаваемого воздуха. При этомпузыри могут сливаться друг с другом, что приведёт к уменьшениюповерхностиконтактамеждужидкостьюигазоми,следовательно,уменьшению массопередачи. Поэтому расчётная концентрация паров бензина впузырях будет выше реальной.∆, ○ - экспериментальные значения для 5,5 м3/час при Т=320С и 4,4 м3/чассоответственно; 1, 2 - расчётные значенияРис.

5.12. Временная зависимость концентрации паров бензина в выходящемпаровоздушном потоке для разных величин расхода подаваемого воздушногопотока250Моделирование5.4барботажнойколоннысперемешиваниемОбычнодляинтенсификациизаботыбарботажныхустройств,используются различного вида механизмы, осуществляющие перемешиваниегазо-жидкостной смеси. В этом случае пузыри увлекаются потоком жидкости исоздаетсясложнаякартинадвижения,описываемаясоответствующейгидродинамической задачей, решение которой может представлять особуюсложную задачу. Детальное моделирование процессов массообмена в такихустройствах достаточно затруднительно, поэтому в первом приближениисчитается,интенсивноечтоиперемешиваниесоставвбарботажномустройствежидкостипринимаетсяоднороднымдостаточнововсехнаправлениях, т.е.

мольные доли компонентов в жидкости Cmimax постоянны иих значения принимаются средними в процессе:Cmimax=0,5(Coi + Ceimax)(5.35)где Ceimax определяется при парциальном давлении i-ого компонента в пузыре,соответствующего состоянию массообменного равновесия между газовой ижидкостной фазами, т.е. после прекращения всех массообменных процессов,что соответствует идеальным параметрам газа и жидкости на выходе избарботажного устройства:Ceimax=Nel,i / Nel,,(5.36)где Nel, - сумма всех молей компонентов в жидкости для единичного объема Vuпри равновесии:Nel,n 1=i 1Nel,I,(5.37)величина которой определится из уравнений материального баланса с учетом(5.4) и (5.6) и пренебрежением влияния изменения мольной доли чистойжидкости в жидкости с растворенными газами:251ni 1Ni /[(1-Hi / p)Nel, + N Hi / pi] + Nn+1 /[(1-pe /p)Nel, +N pe /p] = 1(5.38)где N - суммарное число молей всех компонентов в газе и жидкости дляединичного объема Vu, Ni - суммарное число молей i-ого компонента в газе ижидкости для единичного объема.

Эти величины считаются постоянными вданной модели:Ni = Ng,i + Nl,i = Nog,i + N0l,i(5.39)n 1N =i 1Ni(5.40)Пренебрежение влиянием изменения мольной доли чистой жидкости вжидкости с растворенными газами заключается в том, что величинапарциального давления паров чистой жидкости pe над жидкостью срастворенными газами определяемая по формуле (5.7), берется для мольнойдоли Coi в начале процесса, т.е. на входе в барботажное устройство. Послепреобразования выражения (5.38) получается алгебраическое уравнение (n+1)порядка, которое в общем виде имеет (n+1) корень, среди которых могут бытькак мнимые, так и не удовлетворяющие реальным условиям:0 < Nel, < NОбычноизполучившихсядействительных(5.41)корнейудовлетворяетусловию (5.41) только один. Для того чтобы уточнить значение Nel,корректируется величина равновесного давления pe по получившейся мольнойдоле Cen+1, которая, как и мольные доли растворенных в жидкости газов,определяется по формуле (5.36), причем равновесное число молей компонентовв жидкости определяется:Nel,i = Ni / [Ni / Nel, - 1)Hi /p + 1](5.42)Равновесное число молей компонентов в газовой фазе определится:Neg,i =Ni - Nel,i(5.43)и мольные доли компонентов в газовых пузырях:yi= Neg,i / Neg,(5.44)где Neg, - сумма всех молей компонентов в газовых пузырях при равновесии:252Neg, =n 1i 1Neg,i(5.45)Данная расчётная модель была использована при моделировании работыхимическогореактораAGRфирмыPRAXAIR(США)(рис.5.13),предназначенного для растворения газа в жидкости.

Реактор имеет следующиехарактеристики: внутренний радиус 2 м, высоту 4 м. В центре помещёнвращающийся шнек в трубе, из которого выходит жидкость со скоростью 1,2м/с. Внутренний диаметр шнековой трубы 0,5 м, расстояние от дна реактора донижней части шнековой трубы 0,48 м, до верхней части – 3,52 м.1 – вход чистой жидкости, 2 – выход жидкости, насыщенной кислородом, 3 –вход кислорода, 4 – выход избыточного газа, 5 – приводное устройствошнекового перемешивателяРис. 5.13.

Схема газового реактора фирмы PRAXAIR253Расчёты проводились при растворении кислорода в чистой воде, газоваянагрузка в реакторе составляла 0,1 (объёма газовых пузырей в реакторе кобщемуобъёмугазо-жидкостнойсмеси).Нарис.5.14представленораспределение отношения мольной доли растворённого в воде кислорода вжидкости к предельной мольной доле по фронтальному сечению реактора.Более тёмные области соответствуют большей концентрации, более светлые –меньшей концентрации. Цифрами показаны экспериментальные значенияотношения мольных долей, определённые в работе [262].Рис. 5.14. Расчётные результаты и экспериментальные (%) данные, полученныепри работе газового реактора фирмы PRAXAIR254На рис. 5.15, 5.16 и 5.17 показаны аналогичные распределения отношениямольных долей кислорода в воде по фронтальному сечению реактора сдополнительным подводом кислорода: с дополнительной подачей кислородасверху шнековой трубы (рис.

5.15), с подачей кислорода только снизушнековой трубы (рис. 5.16) и с дополнительной подачей кислорода сверхушнековой трубы и в верхней части реактора (рис. 5.16).Рис. 5.15. Расчётные результаты и экспериментальные (%) данные, полученныепри работе с дополнительной подачей кислорода сверху шнековой трубы255Рис. 5.16.

Характеристики

Список файлов диссертации