Глава 09.2 Псевдоциркуляционная модель

Для аппаратов полного вытеснения движущая сила имеет мак­симальное значение, для аппаратов полного смешения — мини­мальное. Следовательно, в аппаратах полного вытеснения процесс сушки при прочих равных условиях должен проходить более ин­тенсивно. Из этого, однако, не следует, что аппараты полного вы­теснения более рациональны. Напротив, в аппаратах полного сме­шения можно использовать агент сушки практически с неогра­ниченно высокой начальной температурой, не опасаясь перегрева материала. При этом можно обеспечить минимальные расходы тепла и электроэнергии и получить высокие концентрации испаря­ющихся веществ в агенте сушки. Последнее обстоятельство очень важно при возврате в технологический цикл испаряющихся ве­ществ или улавливании их для предупреждения загрязнения атмосферы. Для противоточных аппаратов, в которых необходимо последовательно проводить несколько процессов с непрерывным повышением температуры материала, наиболее рациональны ре­жимы, близкие к полному вытеснению (например, при совмещении процеcов сушки и дегидратации).

Таким образом, изучение гидродинамических потоков смеше­ния в непрерывнодействующих сушилках ведется в следующих аспектах:

установление действительной движущей силы в аппарате для правильного его расчета и определения коэффициента переноса тепла и массы;
определение возможности использования агента сушки при высоких температурах в зависимости от степени перемешивания;
исследование влияния перемешивания материала на длитель­ность его пребывания в аппарате. В отношении равномерности сушки наиболее целесообразен режим полного вытеснения. При сушке липких материалов предпочтительнее режим полного сме­шения, обеспечивающий надежную работу аппарата.
Таким образом, в зависимости от технологических требований и технико-экономических показателей процесса в каждом кон­кретном случае необходимо стремиться использовать аппараты с режимами, близкими к режимам полного смешения или вытес­нения. Качественную и количественную оценку отличия реального режима от идеального можно выполнить различными методами. В настоящее время разработаны следующие методы определения перемешивания в аппарате:

1. Псевдодиффузионная модель основана на определении ко­эффициента продольной диффузии D_ap или коэффициента обрат­ной диффузии. Перемешивание материала может быть описано, например, при  помощи диффузионного уравнения Фика. По этой модели перемешивание оценивается числом

Описываемая модель применяется, когда явление, вызывающее перемешивание, имеет статистический характер. Проскок мате­риала, образование мертвых зон не могут быть представлены этой моделью.

2.     Псевдосекционная модель. Если представить аппарат со­стоящим из п псевдосекций полного перемешивания и на входе потока в эти секции ввести меченое вещество, то в потоке на вы­ходе получим определенное распределение концентраций меченого вещества во времени. Вид функции зависит от числа псевдосекций в ряду. Одна секция соответствует полному перемешиванию; при n — "бесконечность" получаем полное вытеснение.

3.     Псевдоциркуляционная модель. Аппарат промежуточного типа представляют как аппарат с кратностью псевдоциркуляции т. Величина т определяется отношением массы циркулирующих про­дуктов к массе вводимого свежего материала. При нижнем пределе разбавления (м = 0) аппарат работает в режиме полного вытесне­ния, при n —» "бесконечность" — в режиме полного смешения.

4.     Модель смешанного типа Л1Т или ТМ. Интенсивность пере­мешивания характеризуется зоной полного смешения (М) в общем объеме аппарата, а в следующей зоне допускается полное вытес­нение (Т); может быть обратная последовательность (ТМ). Для аппарата полного вытеснения степень перемешивания r = 0, для аппарата полного смешения r — 1.

Связь между числом псевдосекций п и коэффициентом турбу­лентной диффузии D_uft может быть выражена так [124]: 

 Рассмотрим следующий пример. Объем сосуда, занимаемый газом, равен V (в м³), объемная скорость течения жидкости через сосуд и (в м³1сек). Допустим, что меняются какие-либо свойства материала,  проходящего через аппарат. Например, его цвет ме­няется от белого к синему, причем концентрация синего материала в газе, вытекающем через время т, является функцией f (т). По­строим зависимость f (т) от uxlV и назовем ее /^-диаграммой (рис. 11-9 и 11-10). В случае полного перемешивания концентрация синего материала в выходящем потоке в какое-то время т равна