WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

где – скорость подачи вещества В в моль за единицу времени, то есть это поток диффузии J, у – степень превращения; – постоянная, пропорциональная общей поверхности (каталитической) и константе скорости поверхностной реакции (то есть = (К3)).

Для гетерогенных процессов характерно то, что реагирующие компоненты находятся на границе раздела фаз. Воспользуемся уравнением первого закона Фика для диффузии

(8)

где D – коэффициент диффузии, - градиент концентрации (идентично ), d – время.

Составим уравнение для dm и J. Поток диффузии J = 4r2D2·N2· масса диффундировавшего вещества dm = -Ds·d. Для стационарного состояния ;, но - это скорость реакции w, тогда J

(9)

где R* - расстояние между А и В при образовании пары столкновения [AB]* - адсорбент активирует.

В результате интегрирования (9) находим

(10)

Скорость реакции, контролируемая диффузией, как уже показано выше, определяется скоростью потока компонента В к А (твердой поверхности, на которой мономолекулярный слой Н2О или Н2О2). При этом. Если (n1 = NA·c1), тогда W = 4R*DNAC1C2, то есть скорость реакции определяет через R* и D, то есть

K3 = 4 R*DNA

(11)

Скорость осаждения, адсорбции, диффузии и химической реакции может быть описана уравнением (8), в котором в качестве главных составляющих присутствуют константы скорости реакции и коэффициент диффузии. Вместе с тем, сорбционные параметры можно четко обозначить при использовании уравнения (6).

Для случая, когда скорость химической реакции велика, нет необходимости использовать сорбционные характеристики процессов. Достаточно воспользоваться уравнением (11), однако для решения проблемы в целом необходимо знание расстояний между взаимодействующими частицами R*. Уравнение (11) было использовано в дальнейшем для изучения скоростей хемосорбционных процессов при исследовании сорбента СК-П, насыщенного диоксидом марганца. Есть еще один показатель, который на наш взгляд является очень важным. Скорость реакции между диоксидом марганца обычно высока и практически одинакова в пределах ошибки для таких токсикантов, как оксиды азота, диоксид серы, сероводород, формальдегид и оксид углерода. Величину этой скорости можно легко рассчитать, если изучить коэффициенты диффузии перечисленных токсикантов в сорбент СК-П, который не обработан диоксидом марганца.

Таким образом, сложная задача моделирования процесса адсорбции,

диффузии и хемосорбции может быть решена с использованием только одного параметра – коэффициента диффузии.

Третья глава посвящена обоснованию выбора автором диссертации направления исследования и решению основных задач аэродинамических потоков в системах подачи воздуха в замкнутом и открытом пространствах.

Известно математическое описание процессов тепло - и массообмена при различных вариантах смешения потоков (Барочкин Е.В., Жуков В.П., Ледуховский Г.В. «Математическое моделирование многоступенчатых теплообменников сложной конфигурации»). Подобного типа матрицы могут существовать в системах подогрева жидкостей в тех случаях, когда в один поток направляются жидкости с различной температурой и различными количествами. Например, возврат воды на ТЭЦ от коммунальных служб. Для того, чтобы регулировать дальнейший теплообмен, требуются точные знания основных параметров, подаваемых в котлы, это очень важная задача и при ее решении в начальной стадии используется математическое моделирование. Для воздушных потоков подобного типа математический аппарат был применен впервые.

В данной работе в основе математического описания положены уравнения материального и энергетического баланса. Наиболее общий случай соединения ступеней предполагает возможности подачи на вход в i – ый элемент потоков из всех остальных элементов. На рис. 1 схематично показано формирование потока на вход в i – ый элемент установки.

Рис. 1. Схема формирования потоков на входе в i – ый элемент установки

В основе математического аппарата лежат дифференциальные уравнения, полученные из баланса энергий и уравнения теплопередачи, имеющие вид, которые описывают изменение температуры вдоль поверхности зеркала ванны:

(12)

где и - коэффициенты пропорциональности, к - коэффициент теплопередачи, с - удельная теплоемкость, G – расход, t - температура теплоносителя, L – характерная ширина теплообмена, х – координата, определяющая поверхность теплообмена.

Запишем решение системы дифференциальных уравнений в виде t1(x) = ekx, t2(x) = ekx, где,, к – неизвестные коэффициенты.

Решим характеристическое уравнение системы (13) и найдем к1 и к2

(13)

, тогда к1 = 0 и к2 = -а1 – а2.

При к = 0

Пусть = 1 =1.

При к2 = -а1 – а2, получим:

= 1

Найдем фундаментальную систему решений дифференциальных уравнений (11).

Первое решение:

t11(x) = 1 ek1x, t21(x) = 1 ek1x

t11(x) = 1 e0x = 1, t21(x) = 1 e0x = 1.

Второе решение:

t12(x) = 2 eк2х, t22(x) = 2 eк2х

t12(x) = 1 e-(а1+а2)х, t22(x) = e-(а1+а2)х.

Общее решение системы дифференциальных уравнений:

(14)

На вход в первый элемент подается поток воздуха, который характеризуется набором признаков, индекс «0» внутри квадратных скобок указывает на входные параметры, индекс «1» за квадратными скобками относится к номеру ступени. Процесс теплообмена, массообмена или их совместное протекание описывается матрицей процесса В, произведение которой на вектор входных параметров позволяет определить выходные параметры ступени. Для указания направления движения потока после ступени сформируем матрицу коммутации, элементы которой показывают доли потока из первой ступени в i - ю. Матричное произведение определяет параметры потока, подаваемого первого элемента в i - й.

Процесс теплообмена, массообмена и их совместное протекание описывается матрицей процесса В:

(15)

Элементы матрицы В с использованием выражения(15), имеют вид:

,

,

,

(16)

На вход в первую ступень подается поток воздуха, который характеризуется набором признаков:

(17)

Выходные параметры ступени:

(18)

Математическая модель позволяет определить выходные параметры воздуха: температуру и расход воздуха. Эти параметры необходимы для конструирования модели воздухоочистительных систем.

Математические модели, описанные в главах 2 и 3, легли в основу создания устройства очистки аэродинамических потоков над промышленными ваннами. Нагнетание воздуха для очистки пространства над ванной проводили под углом 450, а угол между потоками составил 900. При этом не возникает неконтролируемый выброс токсикантов в рабочую зону предприятия.

Разработанная математическая модель проверена экспериментально. Нагнетание и отсос воздуха производился обычными бытовыми пылесосами. К пылесосу делается широкий раструб. Из одного пылесоса воздух нагнетается под различными углами над ванной (длина ванны 0,5 м, ширина ванны 0,5 м). Забор воздуха осуществляли с помощью другого пылесоса, который устанавливали достаточно высоко над ванной. Определяли концентрацию веществ на высоте 0,5 м в зависимости от углов наклона плоскости по отношению зеркала поверхности ванны. Отсасываемый с помощью пылесоса воздух направляли через сорбент, находящийся в бумажном мешке. Результаты экспериментальной проверки представлены в табл. 1.

Таблица 1. Экспериментальная проверка и сравнение с расчетными данными эффективности очистки воздуха над электролизными ваннами

Система очистки воздуха, в которой используется математический аппарат

(Талиев, В.Н. Аэродинамика вентиляции [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов специальностей «Теплогазоснабжение и вентиляция» / В.Н. Талиев ; авт. вступ. ст. В.Н. Талиев. – М. : Стройиздат, 1979. – 295 с.)

Предлагаемая система очистки воздуха, в которой подача воздуха осуществляется под различными углами

Содержание в отходящем потоке над ванной, мг/м3

только 00

Cl2 – 0,08; NO2 – 0,10;

NaOH – 0,01;

C6H5OH – 0,05

Cl2 – 0,03;

NO2 – 0,04

1=00

Cl2 – 0,08; NO2 – 0,10; NaOH – 0,01; C6H5OH – 0,05

=300

Cl2 – 0,06; NO2 – 0,08; Na2SO4, Na2SO3 – 0,01; C6H5OH – 0,04

=450

Cl2 – 0,01; NO2 – 0,02; Na2SO4, Na2SO3 – 0,002; C6H5OH – 0,01

=650

Cl2 – 0,03; NO2 – 0,05; NaOH – 0,004; C6H5OH – 0,03

Как видно из табл. 1, предлагаемый вариант направления воздушных потоков над ваннами электролиза может снизить содержание токсикантов в отходящих воздушных потоках в среднем в 5 раз, что обеспечивает содержание токсикантов на уровне ниже ПДК.

Четвертая глава посвящена аэродинамическим потокам над промышленными ваннами, рассчитанных с использованием известного программного продукта TEPLOOV.

Гидравлическое сопротивление Р рассчитывается по разным формулам, в зависимости от конструкции абсорбера. Для адсорбера с неподвижным слоем сорбента:

(19)

где - коэффициент сопротивления при Re < 50 величина ; при Re > 50 величина ; - скорость потока воздуха; - высота неподвижного слоя сорбента; - порозность неподвижного слоя ( = 0,4); а – удельная поверхность, ; z – исходная концентрация.

Оптимальная скорость потока воздуха определяется из следующего выражения:

(20)

где S – площадь трубы, сквозь которую подается воздух; L – расход воздуха.

Число Рейнольдса определяется:

(21)

где – диаметр зерна адсорбента; - динамический коэффициент вязкости воздуха; - плотность воздуха.

Для адсорбера со взвешенным слоем частиц скорость начала витания, полученная О. М. Тодесом и О.Б. Цитовичем, равна:

(22)

где Re, Ar – критерии Рейнольдса и Архимеда.

При расчете скорости, при которой слой приобретает свойства кипящего слоя, вычисляют значения критерия Архимеда:

(23)

где g – ускорение свободного падения; d – диаметр материала; – кинематическая вязкость; и - плотности материала и газа.

Высоту взвешенного слоя определяют из соотношения:

(24)

где - порозность неподвижного слоя; – порозность кипящего слоя; - высота слоя.

Порозность взвешенного слоя можно определить из зависимости:

.

(25)

Гидравлическое сопротивление взвешенного слоя рассчитывают по формуле:

(26)

Для проведения аэродинамических потоков над промышленными ваннами рассчитывают относительное расстояние от уровня жидкости до оси щели

(27)

относительную высоту спектра всасывания

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.