ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование, дробление и коалесценция капель из "Физико-химические основы жидкостной экстракции" Среди элементарных процессов, совокупность которых определяет эффективность и производительность экстракционных колонн, значительную роль играют процессы образования, дробления и коалесценции капель. В простейших типах колонн производится однократное диспергирование одной из фаз при помощи распылителя той или иной конструкции (сопла, перфорированные пластины и т. п.). В более сложных экстракционных аппаратах (насадачные, тарельчатые, роторные колонны) процесс каплеобразования происходит во всем объеме колонны. [c.274] образующиеся при истечении диспергируемой жидкости из сопел или из отверстий перфорации, в процессе своего движения по высоте колонны подвергаются различным воздействиям. В простейшей, распылительной колонне наблюдается взаимное соударение капель и столкновение их со стенками. В насадочных колоннах, кроме того, имеет место столкновение капель с элементами насадки. В роторно-дисковых экстракторах происходит столкновение с дисками ротора и кольцами статора. Определенное воздействие на капли оказывают также пульсации скорости, возникающие в результате турбулизации сплошной фазы в экстракторах различного типа. [c.274] Внешнее воздействие не проходит для капель бесследно. Следствием его является возникновение двух противоположно направленных процессов дробления капель и их коалесценции. Таким образом, конечная величина частиц диспергированной фазы определяется суммарным эффектом трех процессов диспергирования, дробления и коалесценции. При этом термин диспергирование обозначает процесс образования капель при истечении жидкости из отверстий сопел или перфорации тарелок, термин дробление — процесс распада крупной капли на более мелкие и термин коалесценция — процесс укрупнения капель путем слияния более мелких частиц. [c.274] Рассмотрим процесс диспергирования в системе жидкость — жидкость, причем, ограничимся случаем, когда истечение диспергируемой жидкости осуществляется из отверстий круглого сечения. [c.275] Если проследить за образованием капель при диспергировании одной из фаз, то независимо от того, применяется ли для диспергирования единичное сопло (гладкое или имеющее усеченные края), распылитель той или иной конструкции или перфорированная тарелка, изменяя объемную подачу диспергированной фазы, можно наблюдать два основных режима образования капель. При малых объемных скоростях диспергированной жидкости происходит образование единичных капель на конце сопла или в отверстиях перфорации тарелки. При больших объемных скоростях истечения диспергируемая жидкость вытекает в виде струи, которая на некотором расстоянии от выходного отверстия распадается на отдельные капли. Соответствующие режимы истечения носят название капельного и струйного. Образование капель при капельном или струйном истечении жидкости имеет принципиально различный характер. Однако возможна и другая, более детальная классификация, согласно которой как капельный, так и струйный режимы истечения подразделяются на несколько более узких областей. Различные исследователи описывают от трех до пяти подобных областей истечения [4—7]. [c.275] Ниже при рассмотрении механизма образования капель мы будем подразделять только два различных режима истечения капельный и струйный, так как только они определяются принципиально различными механизмами образования капель. [c.276] Для истечения жидкости из отверстий перфорации тарелок переход к струйному режиму наблюдается [6] при Ке = 438 (данные получены на системе вода — углеводороды). [c.276] Максимальную поверхность при капельном режиме истечения обеспечивает малый расход диспергированной фазы [9—11]. Линейная скорость истечения диспергированной фазы, обеспечивающая максимальную поверхность, в широком интервале изменения физико-химических свойств систем и диаметров отверстий распылительных устройств не превышает 30 см1сек [11]. [c.276] Даже при капельном режиме истечения вполне однородные по размерам капли могут быть получены лишь при диспергировании с помощью единичного сопла. На практике уже в момент образования капель система имеет полидисперсный характер. В подобных системах речь может идти лишь о каких-то средних величинах диаметра капель. При измерении диаметров капель также возникает ряд трудностей. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению конкретного механизма образования капель при капельном или струйном режимах истечения, остановимся на методах измерения размеров капель в полидисперсных системах и методике усреднения полученных результатов. [c.276] В исследовательской практике применяются разнообразные методы определения величины диспергированных частиц [12—36]. Наибольшее распространение получили следующие методы измерения. [c.276] Метод улавливания капель [16, 17]. Метод основан на улавливании капель при помощи инертной жидкости с большой вязкостью и определении их размеров различными оптическими методами. Для улавливания капель обычно применяются глицерин [18], различные масла [19, 20], а также некоторые другие жидкости [21]. Разновидностью этого метода является улавливание капель на твердую поверхность, на которой диспергированное вещество имеет постоянный краевой угол [22]. Другой разновидностью метода является улавливание капель фильтровальной бумагой или закопченными пластинами. Размер капель при этом определяется по величине полученных пятен [23—25]. Однако в последнем случае необходима предварительная градуировка. [c.277] Метод измерения скорости движения частиц [26]. Так как скорость движения капли в гравитационном поле является функцией ее объема, то размер капли может быть определен путем измерения скорости ее движения. Неудобство этого метода связано с необходимостью предварительной градуировки. Однако в несколько измененном виде этот метод применяется при определении величин капель в колоннах, работающих под давлением. При этом предварительно получают зависимость удерживающей способности колонны от размеров капель, а затем в реальных условиях определяют методом вытеснения задержку колонны. [c.277] Метод затвердевания [13]. Метод основан на том, что капли улавливаются средой с температурой ниже температуры застывания капли. Образующиеся твердые частицы сортируются при помощи сит. [c.277] Наряду с методами, перечисленными выше, существует ряд других методов определения размеров диспергированных частиц. Эти методы применяются значительно реже и требуют специальной измерительной аппаратуры [29—32, 37]. [c.277] Для усреднения иногда употребляется также понятие медианы [38]. Если расположить капли в порядке возрастания их диаметра, то медианой является величина, которая больше диаметра 50% всех капель и меньше диаметра остальных капель. Эта величина употребляется, обычно, при рассмотрении дробления капель с точки зрения теории случайных процессов. [c.278] Средняя величина диаметра еще не дает полного представления о процессе каплеобразования или дробления капель. Для этого необходимо иметь также данные о распределении частиц по диаметру или величину математического ожидания диаметра капель [39]. [c.278] Величина йп. о может быть рассчитана в этом случае, исходя из значений йо и по формуле (9.6). [c.279] Уравнение Розин — Рэммлера удобно тем, что зависимость величины lg от йц выражается прямой линией. [c.280] Прямое графическое изображение нормального логарифмического распределения затрудняет интерполяцию, и для интерполяции применяют, обычно, графическую зависимость процентного отношения капель с диаметром не меньше данного от логарифма диаметра [43]. [c.280] Здесь Рп х) и Р х)—эмпирическая и истинная функция распределения результатов независимых наблюдений. [c.280] Вернуться к основной статье