ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пульсационные ситчатые экстракторы из "Основы жидкостной экстракции" В пульсационных и вибрационных (см. с. 333) экстракторах для интенсификации массопередачи контактирующим жидкостям сообщается колебательное движение определенной амплитуды и частоты. Общий принцип действия этих экстракторов впервые описан Ван-Дийком [148], предложившим два способа его реализации. По первому способу в колонном экстракторе колебательное движение жидкостей создается с помощью наружного механизма (пульсатора), причем передача колебаний осуществляется гидравлически, по второму — посредством вибраций движущейся возвратно-поступательно насадки, например, в виде центрального штока с пакетом горизонтальных перфорированных тарелок. [c.314] Первоначально наибольшее распространение получили пульсационные экстракторы с ситчатыми тарелками, не имеющими переливных устройств, но за последние годы разработаны более эффективные контактные тарелки, успешно внедряемые в промышленность. Кроме тарельчатых, известны также насадочные и смесительно-отстойные (см. с. 289) пульсационные экстракторы. [c.315] Независимо от типа аппарата промышленные пульсационные установки работают но общей схеме [87], обычно с пневматической системой пульсаций (рис. У.23). Воздух (или в случае необходимости— инертный газ) от компрессора 1 через ресивер 2 и зо-лотниково-распределительный механизм 3 пневматического пульсатора поступает в нульсационную камеру 4 экстрактора 5. [c.315] При прямом импульсе уровень находящейся в камере 4 жидкости понижается и приводит в поступательное движение жидкость в колонне. При обратном импульсе камера соединяется с атмосферой, и жидкость в колонне совершает возвратное движение. [c.315] Колебательное движение часто преобразуется внутри колонны в другие виды движения (например, вращательное) с помощью контактных устройств, благодаря чему достигается более равномерное распределение одной фазы в другой и увеличивается поверхность контакта фаз. [c.316] Частота пульсаций определяется числом оборотов пульсатора, а амплитуда — давлением воздуха перед ним. Пульсации, создаваемые пульсатором, обычно имеют синусоидальную форму. Золотниково-распределительный механизм пневматического пульсатора состоит из вращающегося диска 1 с окнами и неподвижного распределительного кольца 2 из фторопласта с двумя отверстиями для подачи и выхлопа сжатого воздуха. Взаимное положение окон диска и отверстий кольца при подаче воздуха и его выхлопа показано на рис. .24. Различные типы пневматических пульсаторов и основы их расчета описаны в литературе [149] . [c.316] Недостатками пульсационных экстракторов являются значительные динамические нагрузки на фундамент, существенно возрастающие с увеличением размеров аппарата повышенные эксплуатационные затраты трудность обработки легко эмульгируемых систем. [c.317] Ранее считалось, что основную роль в механизме интенсификации экстракции под действием пульсаций играет увеличение коэффициента массопередачи вследствие многократного обновления поверхности контакта фаз. Однако А. М. Розен на основе поэлементного анализа показал [151], что возрастание эффективности обусловлено увеличением поверхности контакта фаз. Это увеличение связано с уменьшением среднего размера капель к под действием пульсаций и соответствующим снижением скорости их движения, приводящим к возрастанию задержки дисперсной фазы х. Увеличение х и уменьшение приводят к значительному возрастанию удельной межфазной поверхности а = 6х/ к. [c.317] Режимы работы. Гидродинамические режимы работы ситчатых пульсационных экстракторов показаны на рис. У.25, где по данным [152] приведена зависимость суммы предельных нагрузок Ус+ д от интенсивности пульсаций I, равной произведению амплитуды а (расстояния между крайними положениями уровня раздела фаз) на частоту пульсаций /. Близкая зависимость была получена ранее и другими исследователями [153]. [c.317] Область / характеризуется захлебыванием экстрактора в виду недостаточной интенсивности пульсаций. Область II соответствует дискретному смесительно-отстойному режиму. В этом режиме за прямой ход пульсатора (показанного условно в виде поршня) структура дисперсной системы изменяется так, как показано на рис. У.25 вверху слева легкая фаза образует слои под тарелками (тО, продавливается сквозь отверстия тарелок и в виде крупных глобул поднимается к расположенным выше тарелкам (тг), после чего глобулы коалесцируют (тз). При обратном ходе пульсатора тяжелая фаза движется через образовавшиеся слои, и происходит инверсия фаз (Т4). Периоды времени т показаны на синусоиде графика подачи (внизу слева). [c.317] Гидродинамические режимы работы пульсационных ситчатых экстракторов (ПСЭ). [c.318] С возрастанием интенсивности пульсаций происходит измельчение капель и снижение скорости их подъема. В области III наблюдается высокоэффективный эмульгационный режим, в котором обычно работают промышленные пульсационные колонны. Структура дисперсной системы характеризуется равномерным распределением мелких, близких по размеру капель, заполняющих весь межтарельчатый объем. Поверхность контакта фаз в несколько раз больше, чем в области II. [c.318] За верхней границей этого режима наступает нестабильная область IV, характеризуемая более плотной упаковкой капель и местной их коалесценцией (образование нестабильных агрегатов капель, вызывающих локальное захлебывание ). В области V происходит полное захлебывание колонны. [c.318] Структура дисперсной системы для областей III и IV показана на рис. V.25 вверху справа. [c.318] Размеры капель. Распад жидкости на капли в условиях пульсационного движения, сопровождаемый их коалесценцией, является сложным процессом, причем теоретически возможно лишь качественное и упрощенное описание механизма указанных явлений. Однако и в этих условиях приближенно применима теория локальной изотропной турбулентности, согласно которой максимальный устойчивый размер капли (сг/рс) е (где о — межфазное натяжение, Н/м Рс — плотность сплошной фазы, кг/м е — диссипация энергии в единицу времени на единицу массы жидкости. Вт/кг). [c.319] Изучение размеров капель в ПСЭ проводилось различными исследователями на лабораторных колоннах и часто на одной системе жидкость — жидкость [154—156]. Согласно многим опытным данным, можно считать [151, 157], что средний поверхностно-объемный диаметр капель что практически совпадает с предсказываемым теорией изотропной турбулентности. [c.319] Присутствие поверхностно-активных веществ (ПАВ) изменяет а и смачиваемость жидкостями материала колонны, уменьшая подвижность поверхности капель. Влияние добавок ПАВ на з,2 в ПСЭ изучено в работе [156]. [c.320] На основании лабораторных исследований [155] можно считать, что распределение капель по размерам в ПСЭ, как и в РДЭ, следует нормально-логарифмическому закону. [c.320] Задержка дисперсной фазы (УС). Величина УС в ПСЭ может быть определена на основе относительной скорости фаз, выражаемой уравнением (У.1), причем входящая в него скорость капель Уо является функцией амплитуды и частоты пульсаций, геометрии тарелок и физических свойств жидкостей. Как отмечалось (с. 264), это уравнение является приближенным оно недостаточно точно отражает стесненные условия движения капель, так как из проведенных за последние годы работ следует [18, 160](, что в правую часть уравнения (У.1) более точно вместо (1—х) вводить множитель (1—д ) , где л 1. [c.320] По опытным данным автора, полученным в работе [159], для ПСЭ можно принимать 2 = 4,5. Однако точное определение величины, учитывающей частоту коалесценции капель, пока что невозможно. [c.321] Вернуться к основной статье