ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципиальные основы пенного режима взаимодействия газов и жидкостей из "Пенный режим и пенные аппараты" В двухфазной системе газ — жидкость осуществляются многие производственные процессы, широко распространенные в химической, нефтеперерабатывающей, коксогазовой, металлургической, целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. К ним относятся процессы абсорбции газовых компонентов жидкостями и десорбции газов из жидкой фазы, испарения и конденсации жидкостей (перегонка), ректификации, охлаждения и нагревания газов или жидкостей путем теплообмена между фазами, очистки газов от пыли, тумана и вредных газовых компонентов и т. п. [c.9] Интенсивность тепло- и массообмена между фазами определяется, как правило, скоростью молекулярпегй и турбулентной (конвективной) диффузии. Лишь хемосорбционные процессы, включающие весьма медленную реакцию, могут протекать в кинетической области. [c.9] Рассмотрим определяющие параметры уравнения массообмена (1). [c.9] Коэффициент диффузии в газовой фазе Изменяется обратно пропорционально давлению Р и молекулярной массе М, а коэффициент диффузии в жидкой фазе не зависит от давления, но сильно зависит от степени сольватации или гидратации поглощенного из газа компонента. [c.10] Важнейшим параметром для конструктора аппаратов и технолога является. линейная скорость движения взаимодействующих фаз относительно друг друга ю. С возрастанием ю уменьшается толщина ламинарного слоя каждой из фаз на границе их раздела, медленная молекулярная диффузия заменяется быстрой турбулентной, увеличивается поверхность контакта фаз и скорость ее обновления. Наконец, при значительных скоростях начинается взаимное вихревое проникновение фаз, образуется газожидкостная эмульсия, т. е. подвижная пена, в которой поверхность соприкосновения обновляется мгновенно. [c.10] Повышение вязкости .I и плотности р жидкой фазы, а также поверхностного натяжения а на границе раздела фаз приводит к снижению скорости обновления поверхности фаз и соответственно к уменьшению К. Коэффициент диффузии в жидкой фазе обратно пропорционален (л, [109, 116]. [c.10] Если процесс протекает в кинетической области, т. е. лимитирующим этапом является химическая реакция, то повышение температуры приводит к сильному возрастанию константы скорости К по уравнению Аррениуса. [c.10] Увеличение движущей силы процесса достигается повышеннеи концентрации компонента С в отдающей фазе — газовой при абсорбции, конденсации и жидкой при десорбции, перегонке — или понижением его концентрации в принимающей фазе, т. е. понижением Ср. [c.11] Поверхность соприкосновения фаз F определяется конструкцией аппарата и гидродинамическим режимом его работы, т. е. перемешиванием фаз. Таким образом, это средство интенсификации процесса находится в руках конструктора и технолога. Однако повышение F связано, как правило, с усложнением конструкции аппарата или с увеличением расхода энергии. [c.11] Совокупность параметров, обеспечивающих создание подвижной пены, называется пенным режимом. В пенных аппаратах получается наибольшая (из всех четырех типов аппаратов) поверхность соприкосновения газа с жидкостью. Вследствие сильного перемешивания фаз и непрерывного обновления поверхности жидкости устраняются диффузионные сопротивления и возрастает коэффициент массопередачи (и теплопередачи). [c.12] Главными факторами, определяющими эффективность аппарата, являются 1) производительность единицы объема, т. е. интенсивность его работы 2) удельный расход энергии на перемещение жидкости, газа и на создание межфазной поверхности. Оба фактора определяются в первую очередь конструкцией аппарата-и режимом его работы. Наилучший прием интенсификации — турбулизация газожидкостной системы, которая вызывает уменьшение диффузионных или термических сопротивлений на границе раздела фаз и непрерывное обновление контакта фаз, обеспечивающее работу с поверхностью малого возраста [222, 232, 234]. [c.12] Одним из способов турбулизации газожидкостной системы является превращение ее в сильно подвижную нестабильную, но динамически устойчивую пену за счет кинетической энергии газа. [c.12] Взвешенный слой подвижной пены в системе газ — жидкость (Г-Ж) по ряду основных показателей аналогичен [185] взвешенному (кипящему, псевдоожиженному) слою в системе газ — твердые зерна (Г—Т). Как в той, так и в другой системе при малых скоростях газа слой тяжелой фазы (Ж или Т) лежит на решетке (полке), при повышенных скоростях газа тяжелая фаза взвешена в потоке легкой п не оказывает существенного давления на решетку, а при сильном увеличении скорости газа тяжелая фаза уносится из слоя. В обеих системах наблюдается рост высоты взвешенного слоя с увеличением скорости (расхода) газа при незначительном изменении гидравлического сопротивления слоя. [c.12] Однако при пропускании газа через слой жидкости происходит более сложное взаимодействие сил, чем в системе газ — твердое [184]. Для принципиального разбора явления можно считать в первом приближении, что в системе газ — жидкость взаимодействуют пять основных определяюпщх сил. При этом сила трения газа о жидкость и архимедова сила являются подъемными силами, т. е. они стремятся оторвать жидкость от опоры (решетки) им противодействуют сила тяжести жидкости, внутреннее трение жидкости (вязкость) и поверхностное натяжение. [c.13] При малых скоростях газа происходит всплывание пузырьков в слое жидкости, лежащей на опоре, т. е. барботаж. По соотношению сил барботаж соответствует неподвижному слою в системе газ — твердое, так как подъемные силы меньше сил, им противодействующих. При равновесии этих сил (первое критическое состояние) происходит переход от барботажного слоя к слою подвижной пены. [c.13] Своеобразие явлений заключается в том, что при. переходе от лежащего на опоре слоя жидкости к взвешенному, благодаря ее текучести, обеспечивается громадное увеличение поверхности соприкосновения фаз. Кроме того, как показали наши опыты [178, 184, 307], изотропность жидкости и некоторая прочность образующихся пленок обеспечивают устойчивость слоя взвешенной жидкости (подвижной пены) в больших пределах изменения расхода газа, чем в практических системах газ — твердое. [c.13] Критическое состояние перехода к взвешенному слою в случае взаимодействия газа с жидкостью наблюдается визуально менее ясно, чем в системе газ — твердое, так как переход маскируется образованием при скоростях газа, меньших критической, обычной коллоидной пены ячеистого вида. Переходное состояние (полувзве-шенный слой) в системе газ — жидкость соответствует изменению скорости газа в значительных пределах. [c.13] Характеристическое уравнение (9) служит для анализа взаимодействия параметров слоя подвижной пены, но не является расчетным. [c.14] Переход от барботажного режима к пенному происходит при = 0,7 — 1,3 м/с. Для обеспечения пенного режима необходимы иные конструктивные параметры аппарата, в частности, большее свободное сечение решетки, высокие сливные пороги, широкие сливные отверстия- и т. п. [c.14] Вернуться к основной статье