ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гидродинамика двухфазных потоков из "Жидкостные экстракторы" При протекании процессов переноса массы и энергии через границу раздела фаз происходит изменение термодинамических и физико-химических характеристик фаз (вязкости, плотности, теплоемкости, состава, температуры и др.), что приводит к нарушению равновесия системы в целом. Перечисленные выше процессы также способствуют нарушению равновесия на межфазной границе и обусловливают локальные изменения поверхностного натяжения, в результате чего происходит деформация границы раздела фаз. Циркуляционные токи внутри капли ускоряют процессы массо- и теплопередачи. Вследствие различия динамического напора турбулентных вихрей в отдельных точках межфазной поверхности возникает деформация капель, приводящая к их разрыву и дроблению. [c.53] Существенное влияние на процесс дробления капель оказывают в основном только относительно малые вихри, величина которых не превышает диаметра диспергированной капли. Разность скоростей движения фаз может приводить к неравномерности поверхностного натяжения межфазной границы, к снижению скорости циркуляционных потоков внутри диспергированной капли, а также к неравномерности распределения поверхностно-активного вещества по поверхности капли вследствие поверхностной диффузии. [c.53] Деформация границы раздела фаз сопровождается изменением площади межфазной поверхности при дроблении капель, развитием межфазной турбулентности, спонтанного эмульгирования и поверхностной эластичности, изменением термодинамических характеристик в объеме капли (температуры, состава, степени отклонения от химического равновесия и др.). [c.53] В целом деформация границы раздела фаз приводит к ускорению процессов массо- и теплообмена. [c.53] Любая капля диспергированной жидкости при движении в ограниченном объеме сплошной среды другой жидкости оставляет за собой турбулентный след в виде вихря. Взаимодействие вихрей вызывает повышение степени турбулентности всей сплошной фазы. При движении капель происходит их столкновение и коалесценция, приводящие к изменению поля концентраций, температур, давлений и скоростей внутри самих капель и в сплошной жидкой фазе из-за ограниченности объема технологического аппарата и стесненности движения фаз. [c.53] Для уменьшения вихреобразования в систему обычно вводят поверхностно-активные вещества, которые стекают с поверхности капли в виде тонкой пленки и препятствуют прохождению диффундирующих молекул, увеличивая сопротивление массопередачи. Влияние поверхностно-активных веществ носит специфический характер и зависит от их концентрации. [c.54] Величина и направление градиента поверхностного натяжения оказывает большое влияние на гидродинамический режим движения фаз. [c.54] Градиент поверхностного натяжения возникает также за счет поверхностной эластичности, влияние которой наиболее ощутимо, когда один из смешиваемых компонентов обладает поверхностной активностью. Поверхностная эластичность появляется в результате разности поверхностных натяжений между диспергированной и недиспергированной поверхностью, а также вследствие уменьшения концентрации поверхностно-активных веществ, приходящихся на единицу образующейся поверхности, что и приводит к повышению поверхностного натяжения и возрастанию его градиента. Данное явление замедляет процесс коалесценции и стабилизации пленок. [c.54] Таким образом, для любых сравниваемых точек турбулентного потока, не ограниченного твердой стенкой, массообмен происходит на свободных поверхностях фаз. [c.54] Скорость движения сплошной фазы является определяющей при расчете основных конструктивных размеров экстракционного аппарата. На процесс массопередачи большое влияние оказывают особенности ввода потоков фаз и характер их движения в аппарате. Например, с целью ускорения процесса массопередачи обеспечивают высокую разность концентраций при осуществлении противоточного движения фаз внутри аппарата или между экстракционными ступенями, составляющими каскад, либо применяют перекрестное движение фаз. [c.55] Для характеристики двухфазных потоков используются следующие параметры. [c.55] Удерживающая способность фо зависит от гидродинамического режима движения фаз и определяет величину поверхности фазового контакта и время контакта фаз. При достижении максимального значения фо дисперсная фаза становится сплошной (точка инверсии). [c.56] Значение поверхностного натяжения существенным образом влияет на величину критерия Вебера Ше = рш //о, где / — линейный размер. [c.57] Другая модель двухфазных потоков — модель раздельного течения — предполагает, что фазы движутся раздельно, а их взаимодействие происходит на границе раздела фаз. При описании процесса с помощью данной модели используют уравнения неразрывности потоков, балансов количества движения и энергии, которые устанавливаются для каждой фазы. Дополнительно к перечисленным уравнениям составляют уравнения, учитывающие особенности взаимодействия фаз на межфазной границе и со стенками аппарата. [c.57] Вернуться к основной статье