45.Основы динамики потоков жидкость – жидкость

При течении жидкой среды (жидкости) реализуется два режима: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме жидкость течет малой скоростью, отдельными струйками, не смешиваясь, параллельно стенкам канала при этом траектории отдельных частиц не пересекаются, все частицы имеют лишь продольную составляющую скорости.

С увеличением скорости движения потока жидкости картина качественно меняется. Траектории частиц представляют сложные, хаотические кривые, пересекающиеся между собой. Во всех точках потока скорость и давление нерегулярно изменяются с течением времени, пульсируют вокруг некоторых своих средних значений, возникают поперечные составляющие скорости. Этот режим движения жидкости называется турбулентным. Режим может изменяться с изменением диаметра канала и вязкости жидкости.

Между ламинарным и турбулентным режимами движения жидкости находится область развития турбулентности. В этой области турбулентность имеет переменную интенсивность, увеличивающуюся с ростом скорости.

При выполнении расчетов гидравлических сопротивлений, тепловых и массообменных процессов, происходящих в аппаратах и машинах, необходимо знать режимы течения жидкостей, поскольку для ламинарного режима характерны одни закономерности, а для турбулентного другие.

Количественно режим течения определяется по критерию Рейнолдса:

Здесь w-средняя скорость потока, ρ- плотность жидкости, - характерный размер живого сечения потока,- коэффициенты динамической и кинематической вязкости. Для круглой трубы: 0<Re<2320 – ламинарный режим; 2320<Re<10⁴ - происходит развитие турбулентности;

Re>10⁴-развитый турбулентный режим.

Для круглой трубы Re_кр=2320. Для каждого типа движения существует свое критическое число.

46. Особые случаи ректификации.

Ректификация жидких смесей с использованием разделяющего агента, получившая название э к с т р а к т и в н о й ректификации, осуществляется по схеме, приведенной на рис. 11-12, а. Установка состоит из двух обычных ректификационных колонн, в первую из которых на одну из верхних тарелок укрепляющей части вводится поток разделяющего агента. Последний растворяется в стекающем потоке флегмы, повышает относительную летучесть и, следовательно, интенсивность отгонки низкокипящего компонента, увлекая вниз, как бы э к с т р а г и р у я из паровой фазы высококипящий компонент. Кубовая жидкость первой колонны, представляющая собою смесь разделяющего агента и высококипящего компонента исходной смеси, р е к т и ф и ц и р у е т с я во второй колонне, откуда дистиллят (высококипящий компонент исходной смеси) отводится по назначению, а кубовый остаток (регенерированный разделяющий агент) возвращается на повторное использование в первую колонну.

Рис. 11-12. Экстрактивная ректификация:а – схема установки: 1, 2 – ректификационные колонны; 3 – вход исходной смеси; 4 – вход разделяющего агента; 5 – насос для подачи

Рассмотрим процесс разделения азеотропной смеси этанол-вода на практически чистые компоненты. Установка состоит из трех колонн: азеотропной, отгонной и укрепляющей (рис. 11-15). Из азеотропной колонны, куда поступают исходная смесь и бензол, отводятся в виде дистиллята упомянутый тройной азеотроп (7,4% Н20; 18,5% С2Н5ОН; 74,1% С6Н6), уносящий практически всю воду, и безводный спирт (в виде кубового остатка). Выходящий из конденсатора дистиллят, охлажденiтый до 20 °С, образует в отстойнике два равновесных жидких слоя, из которых верхний, содержащий 1 % Н20, 14,5% С2Н5ОН и 84,5% С6Н6, образует флегму азеотропной колонны. Нижний слой, содержащий 36% Н2О, 53% C2Н5ОН и 11% С6Н6, направляется в отгонную колонну дистиллят которой (67,6% С6Н6 и 32,4% С2Н5ОН) присоединяется к дистилляту азеотропной колонны, а кубовый остаток (слабый раствор С2Н5ОН) поступает на тарелку питания укрепляющей колонны. Кубовый остаток последней представляет собой практически воду, а дистиллят, имея состав, близкий к гомоазеотропу (95,6% С2Н5ОН + 4,4% Н2О), добавляется к исходной смеси.

Рис. 11-15. Схема установки для азеотропной ректификации смеси этанол-вода:

1 – азеотропная колонна; 2 – отгонная колонна; 3 – укрепляющая колонна; 4 – вход исходной азетропной смеси; 5 – выход этанола; 6 – выход воды; 7 – отстойник