Аппараты с перемешивающими устройствами

(для определения скорости реакции строятся интегральная и дифференциальная кривые, программа рассчитывает интеграл по формуле Симпсона с разбиением кривой на ряд участков)

– находится среднее время пребывания:

(v_rk – скорость в конце реакции по интегральной кривой)

– объем реакционной массы:

Для экзотермической реакции (с выделением тепла):

– тепловая нагрузка на аппарат:

– расход хладагента на отвод тепа:

– объемный расход хладагента:

– средняя скорость хладагента в рубашке:

Определение геометрических размеров аппарата [23], [24]:

Диаметр аппарата с эллиптически или торосферическим днищем:

Площадь эллиптического днища:

Так как стенка имеет запас по высоте, находят высоту смоченной части по объему жидкости. Для примера примем высоту равной диаметру аппарата:

Площадь смоченной поверхности стенки:

Общая смоченная поверхность на днище и стенке:

Определение параметров теплообменного устройства (рубашки аппарата) [23], [24]:

– эквивалентный зазор в рубашке:

– площадь сечения рубашки:

– средняя движущая сила теплопередачи:

– средняя температура хладагента:

– динамическая вязкость реакционной массы при рабочей температуре:

– динамическая вязкость хладагента при средней температуре:

Выбираем пропеллерную мешалку.

– диаметр мешалки:

– коэффициент, выбирается с учетом

РД 26-01-90-85 Механические перемешивающие устройства. Метод расчета

– число Рейнольдса для процесса перемешивания [20], [23]:

– число Рейнольдса для хладагента [23]:

– число Прандтля для перемешиваемой среды:

– число Прандтля для хладагента:

– отношение чисел Прандтля:

при этом, Голованчиков отмечает, что температуры накипи, отложений на стенке со стороны перемешиваемой среды рассчитываются методом половинного деления между температурой перемешиваемой среды и средней температурой хладагента.

– число Нуссельта:

– коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды к стенке:

– удельная тепловая нагрузка перемешиваемой среды:

– температура отложений со стороны хладагента:

– отношение числе Прандтля для хладагента:

– число Нуссельта для хладагента в рубашке [23]:

– коэффициент теплоотдачи для хладагента:

– удельная тепловая мощность хладагента (передача к среде):

– средняя удельная тепловая мощность:

Определение поверхности теплопередачи:

Высота рубашки, если F < F_C:

Коэффициент теплопередачи:

После определения коэффициента теплопередачи, его подставляют в уравнение теплопроводности [25]:

Уравнение сравнивается с уравнением теплового баланса аппарата [25]:

Расход хладагента или его конечную температуру «отпускают» в расчете, т.е. не является фиксированной величиной.

Совпадении уравнений теплового баланса и теплопередачи означает окончание расчета так как поверхность стенки обеспечивает снятие тепловой нагрузки. Запас назначается проектировщиком около 10% по поверхности.

Если значения Q в двух уравнениях не совпадают, поверхность теплообмена увеличивают и расчет выполняют повторно до совпадения значений. Или увеличивают расход хладагента, увеличивают турбулизацию его движения для повышения эффективности теплопередачи, устанавливают внутренний змеевик.

__

Приведенные выше модели и подходы являются чрезмерно простыми, устаревшими и не подходят для расчета аппаратов (реакторов) смешения в настоящее время. Расчет должен выполняться численными методами в специальных программных пакетах.

Вместе с тем, в программных пакетах МКЭ можно встретить модель учета кинетики с применением эквивалентной схемы реакторов смешения и вытеснения, которая описывает распределение потоков. Вместе с тем, существуют уравнения химической гидродинамики [34], [35], которые можно совместно решать с дифференциальными уравнениями вычислительной гидродинамики для потока без химических реакций. Тем самым составив расширенную систему, можно учесть наличие в потоке химических реакций.

Применяемый программный пакет будет являться стандартом по умолчанию для выполнения гидродинамического расчета.

__

По результатам численного расчета находят поле скоростей, поле давлений, рассчитывают траектории движения частей потоков по объему аппарата.