ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Изучение продольного перемешивания в экстракторах. Дж. Ингам из "Последние достижения в области жидкостной экстракции" В главе 3 дан популярный обзор основных типов экстракционной аппаратуры, кратко рассмотрены некоторые новые направления конструирования экстракторов. Желающие ознакомиться с советскими конструкциями аппаратуры найдут описание смесителей-отстойников, пульсационных и роторных интенсифицированных колонн в сборниках [57, 58]. [c.117] В главе 3 приведен также подробный расчет гидравлики самотечных экстракторов. Однако в отечественной практике нашли более широкое применение аппараты с принудительным перекачиванием фаз. Для интенсификации отстаивания эмульсии в подобных аппаратах применяется ряд конструктивных усовершенствований, а также отстаивание в поле центробежных сил [58]. Некоторые вопросы, связанные с поведением эмульсий в смесителях-отстойниках, в частности взаимный унос фаз (гестерезисные петли), рассмотрены в работе [59]. [c.117] Нельзя согласиться с мнением авторов, что пульсацпонные сме-спте.ли-отстойники могут применяться только при объеме смесительной камеры менее 1 л. Возможно использование пульсационных аппаратов и значительно больших размеров (см. статью С. М. Карпачевой, В. М. Муратова, Л. С. Рачинского и А. В. Романова [57], а также работу [60], в которой определен средний размер капель и гидравлические характеристики пульсационного смесителя-отстойника). [c.117] В СССР успешно разрабатываются также различные конструкции интенсифицированных пульсационных колонн, роторно-дисковых колонн и других экстракторов [57, 58, 61 ]. [c.117] Авторы приводят расчетные формулы для определения характеристик колонн, исходя из результатов исследований 1954—1957 гг. [уравнения (17)—(22)]. В частности, выражение для ВЕП содержит множители, якобы учитывающие продольное перемешивание, однако пользоваться этими уравнениями следует с большой осторожностью (учет продольного перемешивания рассмотрен в главе 5). [c.117] Данные по удерживающей способности определяют производительность колонны и ее сечение, а по массопередаче и степени продольного перемешивания — высоту единицы переноса и полную высоту колонны. [c.118] Оптимизация должна производиться с помощью критерия Ф = = VfJh, пропорционального объемному коэффициенту массопередачи. [c.118] Интенсификация процесса с помощью пульсаций, вращающихся дисков и другими способами приводит к уменьшению среднего диаметра капли d. Поскольку У снижается скорость движения капель. Соответственно возрастает удерживающая способность х поверхность контакта фаз (3 = 6xjd), а составляющая ВЕП, обусловленная массопередачей (ВЕП = У1К8), уменьшается. Однако вследствие снижения скорости капель уменьшается и нагрузка захлебывания, т. е. производительность колонны [Vf — У , см. уравнения (14) —(15)]. Одновременно возрастает продольное перемешивание [65] и суммарное значение ВЕП., Эти противоположно действующие факторы приводят к появлению оптимального критерия Ф [66]. [c.118] Создание колонн большого диаметра осложняется появлением масштабного эффекта — возрастанием ВЕП при увеличении диаметра аппарата (иногда — на порядок и более),-несмотря на идентичность чисел Рейнольдса и других определяющих критериев. Теоретически [58, 64, 66—69] масштабный эффект можно объяснить гидродинамическими причинами — ухудшением структуры потоков и возникновением различных неравномерностей, которые обычно усиливают продольное перемешивание (см. Замечания к главам 4 и 5). [c.118] Для уменьшения масштабного эффекта в колоннах с насадкой и ситчатыми тарелками принимаются конструктивные меры устанавливают распределители, применяют секционирование 1 ставят тарелки, создающие вращательное движение жидкости (Вудфельда и Седжа [70], Киттеля [71], КРИМЗ [72]). Для роторно-дисковых аппаратов важно иметь минимальное расстояние между дисками. Гидродинамический характер масштабного эффекта позволяет устранять его и отрабатывать оптимальную конструкцию промышленных аппаратов на гидродинамических стендах (гидродинамическое моделирование), отказавшись от технологических испытаний, что существенно удешевит и ускорит разработку крупно-промышленных аппаратов [64—69]. [c.118] Знание степени продольного перемешивания при экстракции в колонных аппаратах важно для их проектирования, а также при изучении процессов, происходящих при массопереносе. Для того чтобы воспользоваться методами расчета, описанными в главе 5, необходимо иметь экспериментальные значения продольной дисперсии, коэффициенты обратного перемешивания, а также коэффициенты массопередачи. [c.122] В настоящее время твердо установлено, что пока не учитываются эффекты продольного перемешивания или пока не показано, что они пренебрежимо малы, применение большинства основных уравнений для корреляций нри массопередаче в экстракторах не надежно и они не могут быть использованы для масштабирования или расчетов нового оборудования, работающего в новых условиях [1]. [c.122] Учитывая трудности экспериментального измерения концентрации растворенного вещества, предложены другие методы, лапример с введением индикаторов в систему с установившимся режимом. Различают два основных способа введения индикаторов в систему в стационарном и нестационарном (динамическом) режимах. [c.122] При стационарном режиме индикатор вводится с постоянной скоростью в колонну и в установившемся режиме определяется профиль концентраций индикатора по длине колонны, начиная от места ввода по течению потока. [c.122] Использование формы кривых отклика, рассчитанных по подходящей математической модели, требует, чтобы импульсное изменение концентрации индикатора давало идеальную ступеньку. Однако это условие трудно осуществить на практике. [c.123] Лрис [41, Бишоф [51, а также Бипюф и Левеншпиль [6] разработали метод, который помогает избежать необходимости в идеальном ступенчатом изменении скорости ввода индикатора. Этот метод предусматривает измерение концентрации индикатора внутри испытуемой секции колонны, затем расчет вторых моментов для двух выходных кривых и определение их разницы. [c.123] Число Пекле Р В может быть определено через длину смешения I. При этом = Ы1, где Ь — полная длина колонны. Длина смешения относится к средней скорости У, выраженной через коэффициент продольной дисперсии Е = ЯР так, что Р В = ЬР1Е. Локальное значение числа Пекле можно определить также через характеристический размер где Р1=аИ1= йР Е, откуда Р В = ЬР/Е = Р1 Ь/ 1). [c.123] Для определения параметров продольного перемешивания или для подтверждения результатов экспериментов с индикаторами, полученных путем измерения профилей концентраций вещества в процессе массопередачи можно рекомендовать методы Рода [113], а также методы Хартланда и Мекленбурга [114]. [c.124] Вернуться к основной статье