RU2275595C1 - Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения - Google Patents
Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2275595C1 RU2275595C1 RU2005100148/28A RU2005100148A RU2275595C1 RU 2275595 C1 RU2275595 C1 RU 2275595C1 RU 2005100148/28 A RU2005100148/28 A RU 2005100148/28A RU 2005100148 A RU2005100148 A RU 2005100148A RU 2275595 C1 RU2275595 C1 RU 2275595C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- zone
- distribution
- intermixing
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Accessories For Mixers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам исследования процессов перемешивания жидких однородных и неоднородных сред и может найти применение в химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки промышленных и бытовых сточных вод. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения структуры потока в аппарате при перемешивании, а также упрощение математической обработки при физическом и математическом моделировании процесса перемешивания жидкости в аппарате. Сущность: способ включает подачу в аппарат потока и индикатора, электропроводность которого отличается от электропроводности потока. Регистрируют на выходе из аппарата функции распределения частиц потока во времени, при этом регистрацию функции распределения частиц потока во времени на выходе из аппарата осуществляют одновременно с дополнительной регистрацией функций распределения для ряда зон в объеме аппарата. По этим функциям распределения частиц потока во времени судят о структуре потока жидкости. 8 ил.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к способам исследования процессов перемешивания жидких однородных и неоднородных сред низкой и средней вязкости и может быть применено в металлургической, химической, нефтехимической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен способ определения структуры потока в проточном аппарате с мешалкой (аппарате непрерывного действия). Способ заключается в подаче во входящий поток какой-либо примеси (индикатора или метки), это может быть раствор красителя, кислоты или соли, и определении изменения концентрации индикатора на выходе из аппарата как функции времени [Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. - М.: Химия, 1973, с.44-45].
Недостатком является невысокая точность, а также ограниченность физического и математического моделирования процесса перемешивания жидкости только по одной функции концентрации индикатора от времени, получаемой на выходе из аппарата.
Известен способ определения структуры потока газа в аппарате, заключающийся в том, что в аппарат подают поток и индикатор, электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и регистрируют на выходе аппарата функцию распределения частиц потока во времени, по которой судят о структуре потока, при этом перед подачей в аппарат поток газа мгновенно заряжают избыточным отрицательным зарядом и одноименный заряд подают на корпус аппарата [Патент РФ №1813214, G 01 Р 5/18, бюл. №16, 1993].
Недостатком является невысокая точность, а также ограниченность применения известного способа газовым потоком или в крайнем случае неэлектропроводными жидкостями.
Наиболее близким техническим решение, принятым за прототип, является решение, предложенное в патенте РФ №2232383 G 01 N 27/06, 10.07.2004. Способ определения структуры потока жидкости в аппарате при перемешивании, заключающийся в том, что в аппарат подают поток и индикатор, электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и регистрируют на выходе из аппарата функцию распределения частиц потока во времени с дополнительной регистрацией концентрации индикатора вблизи мешалки, и по этим функциям распределения частиц потока во времени судят о структуре потока жидкости.
Недостатком является недостаточное количество информации при более сложной структуре, состоящей более чем из двух зон, трудоемкие математические расчеты при определении параметров модели.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение точности определения структуры потока в аппарате при перемешивании, а также упрощение физического и математического моделирования процессов перемешивания.
Технический результат достигается тем, что в аппарат подают поток и индикатор, электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и регистрируют на выходе из аппарата и у мешалки функцию распределения частиц потока по времени их пребывания в аппарате, по совокупности которых судят о структуре потока в аппарате, согласно изобретению в объеме аппарата определяют все зоны с идентичными структурами потока и одновременно регистрируют функции распределения частиц потока во времени во всех зонах, и по совокупности полученных функций распределения судят о структуре потока в аппарате.
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид аппарата и зоны с идентичной структурой потока, на фиг.2 - функция распределения, снятая на выходе аппарата, на фиг.3 - функция распределения в зоне 1, на фиг.4 - сопоставление модели и функции распределения в зоне 1, на фиг.5 - функция распределения в зоне 2, на фиг.6 - сопоставление модели и функции распределения в зоне 2, на фиг.7 - функция распределения в зоне 3, на фиг.8 - сопоставление модели и функции распределения в зоне 3.
Способ осуществляется следующим образом: в аппарат смешения подают поток и аналитически или опытным путем определяют все зоны с идентичной структурой потока. Далее в аппарат подают поток и индикатор, электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и одновременно регистрируют функции распределения частиц во времени на выходе из аппарата и во всех зонах с идентичной структурой потока.
Дополнительная регистрация концентрации индикатора в зонах позволят однозначно определить тип и параметры зон в аппарате, как правило описываемые каким-либо типовым звеном или простейшей комбинированной моделью, а следовательно и параметры элементарного звена в общей комбинированной модели, а значит значительно повысить точность моделирования и облегчить и упростить математическую обработку.
Пример.
В проточном аппарате объемом 25 литров со стандартной мешалкой Раштона на основании справочных данных выделено три зоны с идентичными структурами потока: верхняя зона, предположительно байпасного потока, средняя зона, предположительно идеального смешения, и нижняя зона, предположительно застойная или зона идеального смешения - зоны 1, 2, 3 фиг1. В аппарат был подан поток и индикатор (NaCl), электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и одновременно регистрируют функции распределения частиц во времени на выходе из аппарата и в зонах 1, 2, 3.
Общая кривая отклика фиг.2 не позволяет однозначно определить наличие той или иной зоны и оценить структуру потока в аппарате.
Поэтому рассмотрим функции распределения, снятые во всех зонах: 1, 2, 3.
Функция распределения в зоне 1, фиг.3.
По внешнему виду можно предположить наличие байпасного потока, обработка экспериментальной кривой может быть как ручной известными математическими методами, так и программной, в нашем случае была использована специализированная программа RTD 3.14.
Обработка кривой в программе RTD показала, что данная кривая описывается типовой моделью реактора идеального перемешивания с байпасным потоком, фиг.4.
Уравнение модели:
Граничные условия: 
Передаточная функция: 
Основные параметры модели:
τ=10,338 - среднее время пребывания(с);
f1=0,154 - отношение объема байпасного потока к объему реактора;
Сi - концентрация индикатора на входе в аппарат;
С0 - концентрация индикатора на выходе из аппарата;
С - фоновая концентрация индикатора в аппарате;
t - время.
В зоне 2 фиг.5 функция распределения имеет несколько другой вид.
Анализ и программная обработка экспериментальной кривой зоны 2 показал, что данная кривая описывается типовым звеном идеального смешения фиг.6.
Уравнение модели:
Граничные условия: 
Передаточная функция: 
Основные параметры модели:
τ=44,473 - среднее время пребывания(с);
В зоне 3 фиг.7 функция распределения наиболее пологая по сравнению с предыдущими, что указывает на наличие застойных зон.
Анализ и программная обработка экспериментальной кривой зоны 3 показал, что данная кривая, как и предполагалось, описывается типовым звеном идеального смешения с застойной зоной фиг.8.
Уравнение модели: 
Граничные условия: 
Передаточная функция: 
Основные параметры модели:
τ1=95,4 - среднее время пребывания в реакторе(с);
τ2=15,01 - среднее время пребывания в мертвой зоне(с);
f2=0119 - отношение объема мертвой зоны к объему реактора;
C1 - концентрация индикатора в аппарате;
С2 - концентрация индикатора в мертвой зоне.
Полученные элементарные модели структуры потока в различных зонах аппарата позволяют оценить общую картину гидродинамической обстановки в аппарате, а также синтезировать комбинированную модель структуры потока в аппарате в целом.
На основании проведенных экспериментов, анализа и обработки их результатов однозначно можно сказать, что структура потока в данном реакторе непрерывного действия описывается моделью идеального перемешивания с байпасом и застойной зоной. Параметры модели соответствуют параметрам входящих в нее элементарных звеньев. Общий вид модели:
Уравнение модели:
Граничные условия: 
Передаточная функция: 
Для окончательного представления структуры потока необходимо определить долю каждой зоны в общем потоке, для этого можно использовать как известные математические методы, так и программные, в данном случае та же программа RTD 3.14. Используя функцию распределения, снятую на входе(фиг.2) аппарата, и полученную модель структуры потока в аппарате производим расчет.
В результате получаем:
Q=0,498 м3/ч, общий расход на входе в аппарат.
Зона №1, байпасный поток:
Q1=0,197 м3/ч, поток, проходящий через байпайсное звено;
ν1=0,398 доля байпасной зоны;
Зона №2, идеального смешения:
Q1=0,238 м3/ч, поток, проходящий через зону идеального смешения;
ν1=0,480 доля зоны идеального смешения;
Зона №2, идеального смешения:
Q1=0,060 м3/ч, поток, проходящий через застойную зону;
ν1=0,121 доля застойной зоны;
Claims (1)
- Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения, заключающийся в том, что в аппарат подают поток и индикатор, электропроводность которого отличается от электропроводности потока, и регистрируют на выходе из аппарата и у мешалки функцию распределения частиц потока по времени их пребывания в аппарате, по совокупности которых судят о структуре потока в аппарате, отличающийся тем, что в объеме аппарата определяют все зоны с идентичными структурами потока и одновременно регистрируют функции распределения частиц потока во времени во всех зонах и по совокупности полученных функций распределения судят о структуре потока в аппарате.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100148/28A RU2275595C1 (ru) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100148/28A RU2275595C1 (ru) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2275595C1 true RU2275595C1 (ru) | 2006-04-27 |
Family
ID=36655622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005100148/28A RU2275595C1 (ru) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2275595C1 (ru) |
-
2005
- 2005-01-11 RU RU2005100148/28A patent/RU2275595C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Connelly et al. | Examination of the mixing ability of single and twin screw mixers using 2D finite element method simulation with particle tracking | |
| Holden et al. | Generating fixed concentration arrays in a microfluidic device | |
| Hu et al. | Modeling micropatterned antigen–antibody binding kinetics in a microfluidic chip | |
| Hardt et al. | Theoretical and experimental characterization of a low-Reynolds number split-and-recombine mixer | |
| Kee et al. | Design and characterisation of the staggered herringbone mixer | |
| Nazari et al. | Mixing process and mass transfer in a novel design of induced-charge electrokinetic micromixer with a conductive mixing-chamber | |
| US6562209B1 (en) | Automated computer controlled reporter device for conducting imunnoassay and molecular biology procedures | |
| Lee et al. | Optimizing micromixer design for enhancing dielectrophoretic microconcentrator performance | |
| US20090038938A1 (en) | Microfluidic central processing unit and microfluidic systems architecture | |
| Park et al. | Numerical study and Taguchi optimization of fluid mixing by a microheater-modulated alternating current electrothermal flow in a Y-shape microchannel | |
| Xiao et al. | Measure of bubble non-uniformity within circular region in a direct-contact heat exchanger | |
| Maldonado et al. | Multiphase microreactors with intensification of oxygen mass transfer rate and mixing performance for bioprocess development | |
| Lim et al. | pH change in electroosmotic flow hysteresis | |
| RU2275595C1 (ru) | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате смешения | |
| EP2721177B1 (en) | Flat-field imaging system and methods of use | |
| Leclerc et al. | Theoretical interpretation of residence-time distribution measurements in industrial processes | |
| Zaremba et al. | Concentration on demand–A microfluidic system for precise adjustment of the content of single droplets | |
| RU2015120219A (ru) | Способ и устройство для определения состава для придания желаемого цвета и желаемого эффекта полимерным материалам и способы получения цветных/придающих эффект композиций для добавления к полимерным материалам | |
| CN111583270B (zh) | 一种评价不相溶两相混合效果的方法 | |
| RU2232383C1 (ru) | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате при перемешивании | |
| CN204735125U (zh) | 一种润滑油油水混合乳化液调制油箱装置 | |
| Doh et al. | Development of a concentration measurement technique for steady state solid-liquid mixing using a neural network | |
| Smith et al. | Coalescence in droplet dispersions | |
| CN108508138A (zh) | 一种重量计量自动滴定装置及其使用方法 | |
| RU2281484C1 (ru) | Способ определения структуры потока жидкости в аппарате |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070112 |