ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Качественное исследование межфазной конвекции из "Последние достижения в области жидкостной экстракции" Параллельный пучок света после коллиматорной линзы сфокусирован на край ножа К шлировой линзой Изображение проектируется на экран /. Если оптическая негомогенность (в немецком языке слово шлир означает оптическую неоднородность, первоначально брак в оконном стекле) вносится в параллельный пучок света, между линзами и часть из отклоненных световых лучей отсечется краем ножа, в то время как другая часть вызовет местное усиление освещенности. Это дает увеличенное изображение любых изменений в форме темных и светлых пятен. Фактически эти пятна означают градиент показателя преломления. [c.230] В более усовершенствованном варианте (рис. 6-4, 6) шлировой системы коллиматорные и шлировые линзы заменены параболическими зеркалами. Для наблюдения в плане за горизонтальной поверхностью используются либо вертикальные шлировые установки, либо, что лучше, шлировые и коллиматорные линзы или зеркала, располагаемые вертикально в горизонтальной установке. Вертикальный параллельный пучок света образуется при использовании плоского зеркала пли призмы, установленной под углом 45°. С помощью подходящих призм можно получить цветные шлиры, но тогда следует применять источник белого света. [c.230] Качественное исследование по выявлению и классификации явлений межфазной конвекции экспериментально подтвердило критерии Стерлинга и Скривена для неустойчивости. В данной работе не приводится полный хронологический обзор всех исследований по спонтанной межфазной конвекции. Ссылки делаются лишь на наиболее современные работы и на те, в которых приведены. чучшие иллюстрации принципов, обсуждаемых в предыдущих частях. Так, в области стационарной неустойчивости будут обсуждаться только работы Вест-вотера, Линде и Вика п их сотр. [c.230] Наблюдаемую спонтанную межфазную конвекцию люжно объединить в три основных вида 1) основная структура вначале характеризуется полигональными ячейками, а затем в виде полос 2) ячеистая суперструктура с хорошо обозначенными границами и 3) субструктура (тонкая структура) ограниченных и неограниченных воли. [c.231] Полигональные ячейки появляются вскоре после контакта фаз. Они либо локализованы (фото 6.1), либо расширяются (фото 6.2). Локализованные ячейки занимают фиксированную позицию на поверхности раздела фаз, но растут со врелюнем. Расширяющиеся ячейки образуются от некоторых линейных или точечных источников внутри ячеистого кластера. Они растут, собираются в кучу, численно увеличиваются за счет деления и наконец исчезают на границе кластера. С увеличением времени контакта число ячеек уменьшается, затем они полностью исчезают и взамен их появляются полосы (фото 6.3) как доминирующая разновидность. [c.231] Ограниченные волны (фото 6.4) появляются вначале как тонкая структура внутри ячеек и полос и перемещаются через ячейки (полосы) в направлении движений ячеек (полос). Неограниченные волны (фото 6.5) доминируют в характеристике межфазного поведения, после того как исчезает основная структура ячеек или полос. [c.231] Пороговая концентрация уксусной кпслоты в гликоле, необходимая для начала межфазной активности, составляет 0,05—0,1 вес. % (0,008 и 0,016 кмоль/м ). При начальной концентрации H3GOOH, равной 0,1 0,5 и 2—10 вес. %, межфазная активность прекращается соответственно через 0,5, 3 и 72 ч. Относительное приближение к равновесию С С ) в фазе этилацетата при прекращении активности было 0,8 при начальной концентрации уксусной кислоты 10% и 0,94 — при начальной концентрации 2%. [c.231] Как было упомянуто ранее, размер ячейки илп длина волны (расстояние между центрами соседних ячеек) уменьшается с возрастанием величины возмущения. Так как последняя уменьшается со снижением движущей силы, средняя длина волны должна возрастать во времени. В табл. 6.3 показана эта зависимость для начальной концентрации кислоты в гликоле 10 вес. %. [c.231] Скорость линейного роста ячейки была постоянной в интервале 1—30 ч и при начальной концентрации 7,4% составляла 0,2 см/мин. [c.232] Позднее Линде использовал споры грибка (ustilago zeal) для Того, чтобы сделать потоки видимыми при боковом просмотре [39]. Циркуляционные, четко ограниченные ячейки были ясно видны в системе жидкость — газ, например при десорбции этанола в воздух из 40%-ной смеси этанол — вода (при десорбции массоперенос всегда происходит из фазы с более высокой вязкостью и меньшим коэффициентом диффузии), а также в системе жидкость — жидкость (фото 6.6). Разница в кривизне поверхности раздела фаз указывает на наличие градиента межфазного натяжения. [c.232] Другое важное наблюдение Линде [41] состоит в том, что имеются конвективные ячейки, отличающиеся различным направленнедг потоков. Они были названы Р-ячейками (когда вещество из глубины фазы транспортировалось на поверхность раздела фаз по периферии ячейки) и С-ячейками (когда вещество передавалось в центр ячейки). Большие, первоначально круглые, Р-ячейки (фото 6.8) отделены друг от друга потоками жидкости, движущейся из глубины фазы. Увеличиваясь в размере, они приобретают полигональную структуру (обычно гексагональную), п перестройка пз круглой к полигональной структуре может привести к образованию С-ячеек. [c.233] Схема различных видов спонтанной межфазной конвекции в зависимости от продолжительности контакта и, следовательно, интенсив- ности возмущения показана в табл. 6-4. [c.233] Продолжительность контакта возрастает по направлению сверху вниз таким образом, что с падением движущей силы в том же направлении уменьшается нестабильность. Это приводит к возрастанию размеров конвективных ячеек и зон осцилляторного расширения и одновременно к уменьшению частоты осцилляции. В верхней части таблицы представлены явления, обусловленные частыми сравнительно небольшими флуктуациями в очень неустойчивой системе. В нижней части таблицы приведены явления, обусловленные относительно большими флуктуациями с длиннйгм периодом в относительно слабо неустойчивых системах. Первые характеризуются быстрым образованием индивидуальных ячеек, вторые — длиннопериодной регенерацией больших расширяющихся зон или конвективных ячеек с субструктурой. [c.233] Линде также наблюдал упорядоченные л(ежфазные потоки в горизонтальных прямоточных контакторах [41] и на поверхности капель [42]. В первом случае алкилсульфат натрия переносился из изоамилового спирта в воду. Ширина контактора 2 см. толщина каждой фазы 1 см. При средней скорости потока 0,2 см/с осцилля-торные ячейки были видны на входе в контактор. Они увеличивались в размер по мере продвижения, переходя в конвективные ячейки и затем в круговые цилиндры. При скорости выше 1 см/с нестабильность не отмечалась. [c.235] Межфазная конвекция на поверхности капель. легко наблюдается в системе вода — диэтиловый эфир. Показатели преломления э 1их жидкостей отличаются только на 0,019, поэтому эффект кривизны капли в значительной степени исчезает. При переносе к-бутанола из воды в эфир конвективные ячейки появляются при концентрации 0,04%. Они образуют вокруг капли полосу, которая затем расширяется и при начальной концентрации 0,16% покрывает всю поверхность капли (фото 6.9). При концентрации 0,4 о расширяющиеся движения с длинным периодом появляются совместно с конвективными ячейками и при концентрации 0,8% кластеры конвективных ячеек периодически возиикают у основания капли и медленно перемещаются к ее вершине (фото 6.10). При более высоких концентрациях становится заметной эрупция (фото 6.11). Подобное явление наблюдалось и на падающих каплях. [c.235] Наличие спонтанной межфазной конвекции в поднимающихся и падающих каплях влияет ие только на скорость массопередачи, но и иа коэффициент сопротивления. Линде [42а] исследовал эту проблему, измеряя коэффициент сопротивления для систем бензальдегид — уксусная кислота — вода, вода — уксусная кислота — бензо.л и вода — амиловый сиирт — бензол. [c.235] Рассматриваемая работа посвяш,ена, главны [ образом, жсследо-ванию конвективной неустойчивости. Линде исследовал также осцилляторную неустойчивость, предсказанную Стерлингом и Скривеном. Он отмечал ее при межфаз-ном тепло- и массопереносе в системах газ — жидкость [43—45], однако экспериментальных доказательств ее суш ествования для систем жидкость — жидкость он не получил. [c.236] Вернуться к основной статье