ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ОГЛАВЛЕНИЕ Принятые обозначения из "Теплообмен в жидкостных пленках" Одним из наиболее эффективных методов интенсификации процессов тепло- и массообмена является проведение их в ТОНКИХ СЛОЯХ (пленках). Под пленочным течением обычно подразумевается движение тонкого слоя жидкости вдоль твердой стенки, при котором наружная поверхность пленки остается свободной. При этом также имеется возможность организации течения тонкого жидкостного слоя по поверхности второй жидкой фазы. Течение жидких пленок может быть вызвано гравитационными силами, силами поверхностного трения, центробежными, вибрационными силами или совместным действием этих сил. [c.7] В зависимости от наличия фазового превращения можно различать следующие жидкостные пленки конвективные, конденсатные и испаряющиеся (кипящие). [c.7] Конвективные пленки искусственно создаются на поверхности стенки при помощи специальных распределительных устройств. По мере продвижения по поверхности теплообмена они нагреваются (или охлаждаются), при этом массообмен свободной поверхности пленки с окружающей средой настолько незначителен, что расход орошающей жидкости в поперечном сечении потока с длиной пробега пленки Жпр практически не изменяется. Конвективные пленки можно наблюдать в пленочных теплообменниках для нагрева (охлаждения) жидкостей, в пленочных реакторах для проведения технологических процессов. [c.7] У испаряющихся (кипящих) жидкостных пленок расход жидкости в поперечном сечении потока и толщина пленки уменьшаются с длиной пробега дг р. Пленки подобного типа наблюдаются в пленочных испарителях, выпарных аппаратах, кипятильниках. [c.8] Жидкостная пленка может стекать по поверхности теплообмена, имеющей плоскую, цилиндрическую, коническую или спиральную форму при различных состояниях поверхности (гладкая, шероховатая, ребристая). При наличии трубчатой поверхности теплообмена имеет место внутреннее и внешнее орошение. [c.8] В зависимости от расположения поверхности нагрева различают вертикальное, наклонное и горизонтальное течение пленки жидкости. [c.8] Движение тонкого слоя жидкости может быть однофазным и двухфазным. По относительному движению жидкой и паровой (или газовой) фаз следует отличать прямоток и противоток [49, 73]. При прямотоке пар (газ) отводится либо снизу (стекание пленки), либо сверху (всползание пленки). Случай противотока встречается чаще всего в процессах массообмена. С технологической точки зрения проще организовать течение жидкости в восходящем токе. С точки зрения эффективности теплообмена предпочтение следует отдать стекающей пленке (нисходящему току), так как здесь легче обеспечить равномерное орошение по всему периметру поверхности теплообмена, и течение пленки более организовано. При восходящем течении необходимо обеспечить такие условия, при которых длина дисперсно-кольцевой зоны, отличающейся максимальной э ективностью теплообмена, будет преобладать над длинами зон подогрева, пузырькового режима и обращенного дисперсно-кольцевого режима (высыхание жидкости). [c.8] Движение тонкого жидкостного слоя в поле действия центробежных сил может быть достигнуто либо за счет применения вращающихся лопастей, скребков, щеток, либо за счет вращения самой поверхности теплообмена оно может быть организовано и путем предварительной закрутки жидкостного потока на входе или завихрительно-вин-товым движением газовой фазы [95]. [c.8] Опытами установлено [37], что и при кипении жидкости в тонкой пленке достигаются наиболее высокие значения коэффициентов теплоотдачи. [c.9] При проведении процессов в тонком слое увеличивается по-верхность контакта фаз, что особенно важно при массообмене. [c.9] Интенсивность процессов тепло- и массообмена в тонких слоях зависит от плотности орошения (толщины пленки) и от степени турбулизации ее течения. Наряду с пленочными аппаратами, в которых используется гравитационное течение-жидкости, где тепло- и массообмен интенсифицируется также и за счет развития волновых явлений, широко применяются аппараты с различными дополнительными способами интенсификации процессов в тонких слоях. В них коэффициенты тепло- и массоотдачи еще выше. [c.9] В пленочных аппаратах достигаются высокие скорости движения тонкого слоя жидкого обрабатываемого продукта, что резко сокращает время его соприкосновения с поверхностью теплообмена, о позволяет сохранить высокое качество продукта, предотвратить термическое разложение последнего и упаривать вплоть до получения порошка. Кроме того, оптимальные условия работы пленочных аппаратов имеют место при невысоких температурных режимах. Это, с одной стороны, уменьшает опасность разложения или при-горания термочувствительных жидкостей а с другой стороны. [c.9] При обработке в тонком слое жидкость имеет постоянную температуру кипения по высоте, так как давление по высоте остается неизменным, т. е. отсутствуют температурные потери на гидростатическую депрессию, что особенно важно при обработке термочувствительных растворов в выпарных установках. [c.10] При пленочном орошении уменьшается расход жидкости. Особое значение это имеет в случае ее высокой стоимости при использовании для охлаждения или нагрева основного обрабатываемого продукта. [c.10] Пленочные аппараты имеют относительно небольшое гидравлическое сопротивление, малую удельную металлоемкость и требуют для установки небольшую производственную площадь. Небольшие объемы жидкостей в пленочном аппарате позволяют осуществлять быструю смену обрабатываемых продуктов. Эти аппараты особенно хорошо себя зарекомендовали при обработке пенящихся продуктов. Пленочные технологические аппараты сравнительно просты в обслуживании и позволяют автоматизировать процесс. [c.10] Способы интенсификации процессов тепло- и массообмена в тонких слоях жидкостей можно условно разделить на две группы пассивная (конструктивная) турбулизация, не требующая дополнительных затрат энергии во время работы аппарата (искусственная шероховатость стенки, ее конфигурация и т. д.) активная (режимная) турбулизация, требующая дополнительных затрат энергии при проведении процессов (создание поля центробежных сил, механический срыв пленки, вибрация стенки, пульсация напора жидкости при распределении ее в пленку и т. д.). [c.10] В промышленных пленочных аппаратах используются как активная, так и пассивная турбулизация тонкого жидкостного слоя. Активная (режимная) турбулизация обычно более эффективна и перспективна и с точки зрения интенсификации процессов тепло- и массообмена ей следует отдать предпочтение. Однако в каждом конкретном случае необходимо учитывать также расход дополнительной энергии. [c.10] Некоторые способы интенсификации процессов тепло- и массообмена в жидкостных пленках будут рассмотрены ниже. [c.10] Благодаря своей высокой эффективности и экономичности пленочные аппараты с гравитационной жидкостной пленкой в последнее время применяются все чаще для нагрева и охлаждения маловязких жидкостей (растворов неорганических солей, органических растворителей, спиртов, красителей, фенолов, растительных экстрактов, витаминов, гормонов, антибиотиков и других, выпаривания чистых жидкостей и растворов бинарных и многокомпонентных смесей и т. д.). Кроме того, эти аппараты разнообразных конструкций успешно используются для предварительного нагрева перед последующей обработкой различных полимерных материалов (капролактам и др.). Область применения аппаратов пленочного типа в последнее время непрерывно расширяется. [c.11] Пленочные выпарные аппараты используются для выпаривания растворов ЫаОН [149], для опреснения морской воды, для упаривания вязких жидкостей, чувствительных к высокой температуре (пластмассы, некоторые пищевые продукты). Эти аппараты экономичны, дают однородный продукт высокого качества [182], позволяют обойтись без. дополнительного гомогенизирования, что неизбежно в обычных выпарных аппаратах. Концентрирование продукта от 35 до 65% сухого вещества осуществляется за один проход. Широко применяется пленочное выпаривание в пищевой промышленности, где особенно опасно пригорание продукта (фруктовые соки, молоко, томатопродукты и др.). [c.11] Вернуться к основной статье