Общие понятия о структуре потоков

В потоке жидкости, в аппарате или химическом реакторе, имеют место как поперечный, так продольный (вдоль оси аппарата) перенос субстанции.

Структура потока, т.е. распределение локальных скоростей жидкости в рабочей зоне аппарата зависит от многих факторов: от скоростей потоков, свойств компонентов, конструкции аппаратов и т.п.

Для увеличения пропускной способности аппаратов и реакторов необходимо интенсифицировать поперечный перенос. Однако, при этом растет скорость продольного переноса, что в большинстве случаев снижает эффективность процесса.

Цель ХТП – изменение какого-то свойства (температуры, концентрации и т.д.) рабочей среды во времени.

Вследствие различия локальных скоростей время пребывания частиц жидкости в рабочей зоне аппарата или реактора также различно. Результирующая степень изменения целевого свойства среды зависит не только от среднего времени пребывания частиц жидкости в рабочей зоне, но и от функции распределения элементов потока по времени их пребывания в аппарате.

Для измерения случайной величины – времени пребывания частиц жидкости в аппарате используют трассер (метку, индикатор). Это может быть раствор неорганической соли, краска и т.д. Метку в небольшом количестве вводят в поток на входе в рабочую зону аппарата, а затем измеряют концентрацию трассера на выходе из аппарата. Таким образом, получают зависимость концентрации метки С от времени τ, т.е. выходную кривую, и кривую отклика. По этой кривой можно установить, какая часть жидкости, вошедшей в аппарат, выйдет из него через данный интервал времени.

Различают две идеальные модели структуры потока: 1) модель идеального вытеснения (поршневой, или стержневой поток); 2) модель идеального перемешивания.