ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пенный режим в процессах взаимодействия газов и жидкостей из "Пенные газоочистители теплообменники и абсорберы" В основе многих производств химической и некоторых других отраслей промышленности лежат процессы переработки газо-жид-костных систем. К таким процессам относятся абсорбция и десорбция газов, испарение и конденсация жидкостей при непосредственном соприкосновении жидкой и газовой фаз (в частности, при ректификации) и другие процессы, многие из которых связаны с теплопередачей между жидкостью и газом. [c.5] Явления массо- и теплообмена между двумя соприкасающимися фазами характеризуются, как известно, диффузионной кинетикой. Поэтому интенсификация процессов, в основе которых лежат эти явления, может быть достигнута не только за счет подбора наиболее рациональных физико-химических условий, но иногда в значительно большей мере за счет создания благоприятных гидродинамических условий. [c.5] Для осуществления рассматриваемых процессов требуются аппараты, которые обеспечивают контакт между газовой и жидкой фазами. Очевидно, что чем большая поверхность раздела фаз создает- ся в единице объема аппарата, тем, при прочих равных условиях, У интенсивнее работает аппарат. [c.5] Главным фактором, определяющим эффективность аппарата, является производительность единицы объема, т. е. интенсивность его padbты и удельный расход энергии на перемещение жидкости и газа и на создание межфазной поверхности. Затрата энергии зависит в первую очередь от гидравлического сопротивления аппарата, т. е. от его конструкции и гидродинамического режима. Последний, наряду с физико-химическим режимом, определяет и интенсивность процесса взаимодействия фаз. [c.5] Повышение турбулентности двухфазного потока вызывает непрерывное проникновение вихрей каждой фазы через границу их раздела, т. е. ведет к ее расширению за счет работы против силы поверхностного натяжения. Следствием непрерывного обновления является уменьшение среднего возраста поверхности. Кроме того, повышение турбулентности приводит к возрастанию вихревого обмена и, в частности, переноса массы или тепла к границе раздела фаз, в результате чего уменьшаются эффективные толщины диффузионных (или термических) сопротивлений, которые становятся тем меньше, чем сильнее турбулентный обмен. Следовательно, турбулизация газо-жидкостной системы—универсальное средство интенсификации протекающих в ней процессов тепло- и массообмена. [c.6] Одним из способов турбулизации газо-жидкостной системы является превращение ее в сильно подвижную, нестабильную пену за счет кинетической энергии газа. Взаимодействие между газами и жидкостями в пенном контакте фаз оказалось весьма эффективным. [c.6] При интенсивном барботаже на тарелке барботажного аппарат наблюдается три зоны распределения жидкости. Нижняя зона—зона барботажа представляет собой сплошной слой жидкости, пронизанный пузырьками газа. Над ней находится зона пены, а еще выше— зона брызг. При малых объемных скоростях газа, которые обычно поддерживаются в барботажных аппаратах, основная масса жидкости находится в зоне барботажа, и количество пены и брызг неве-лико. Между тем, диффузия массы и теплообмен идут наиболее ин-/ тенсивно в слое пены [4, 5]. Даже при малой высоте слоя пены по сравнению с влюотой зоны барботажа он имеет превалирующее значение, так как происходящие в нем процессы намного интенсивнее, чем в зоне барботажа. Следовательно, увеличением слоя пены за счет уменьшения слоя барботажа можно резко интенсифицировать процесс. Увеличение слоя пены может быть достигнуто повышением скорости газа. [c.6] С другой стороны, экспериментально установлено [6], что возможны случаи, когда увеличение высоты слоя пены над слоем барботажа уменьшает коэффициент скорости процесса и даже общую скорость процесса, несмотря на увеличение межфазной поверхности. Это объясняется малой подвижностью жидкости в тонких пленках пены ячеистой структуры и, следовательно, ее увеличенным жидкостным диффузионным сопротивлением. Поэтому при абсорбции плохорастворимых газов рост эффективности барботажного процесса с увеличением высоты слоя пены ячеистой структуры меньше, чем при абсорбции хорошо растворимых газов. [c.6] Вследствие кинетического стабилизующего действия поверхности адсорбционных слоев, обладающих в той или иной мере особыми структурно-механическими свойствами, а также вследствие расклинивающего действия сольватных оболочек пузыри такой пены могут существовать в течение многих секунд, а иногда минут и даже часов, а затем разрушаются под действием силы тяжести и вследствие всасывания жидкости в треугольники Гиббса. Естественно, что коалесценция и полное разрушение пены происходят в верхней части слоя пены, в основном на наружной поверхности слоя, имеющей больший возраст . [c.7] При определенной массовой скорости барботируемого газа толщина слоя пены зависит от продолжительности жизни пленок жидкости, т. е. от поверхностных свойств системы и ее геометрических параметров. Но для каждой данной системы эту толщину пены над слоем барботажа можно менять путем изменения массовой скорости газа. [c.7] Ф—совокупность физико-химических свойств системы и других параметров, влияющих на скорость ее разрушения. [c.7] Следовательно, если газ пропускать с линейной скоростью Ша в полном сечении аппарата, то толщина слоя пены останется неизменной, так как количество газа, подводимого к зоне барботажа, а следовательно и к зоне пены снизу, будет равно количеству газа, отходящего от разрушающейся поверхности пены. [c.7] Высота слоя пеньГнад зоной барботажа и скорость газа связаны сложной зависимостью, которая может быть установлена для каждой системы. [c.8] Можно осуществить барботаж газа через жидкость на перфорированной решетке (ситчатой тарелке), способствующей равномерному распределению газа по сечению аппарата. Тогда при постепенном повышении объемной скорости газа, или линейной скорости газа в общем сечении аппарата, слой пены будет увеличиваться за счет уменьшения толщины слоя барботажа, и при определенной скорости газа слой барботажа практически исчезнет. При этом вся жидкость на тарелке будет находиться в слое ячеистой пены, так как брызго-образование почти отсутствует. При дальнейшем увеличении скорости газа жидкость продолжает оставаться на тарелке, но структура пены меняется—она становится подвижной, превращается в сильно турбулизованную газо-жидкостную систему. Такая пена представляет собой взвешенный слой жидкости в виде быстро движущихся пленок и струй, хорошо перемешанных с пузырьками и струями газа. [c.8] Следует, однако, отметить, что в этих условиях пенный режим может быть получен только на решетке, имеющей не очень малое свободное сечение и небольшие расстояния между отверстиями. На решетке с редко расположенными отверстиями и свободным сечением, которое меньше некоторого минимального, при увеличении скорости газа барботажный режим сменяется струйным прорывом газа и пенный режим не достигается. [c.9] С ростом скорости газа турбулентность пены, естественно, возрастает и структура пены меняется, количество брызг над слоем пены увеличивается. При скорости газа в полном сечении пенного аппарата 3,5—4,5 м сек брызгообразование уже настолько велико, что значительная часть жидкости выносится с тарелки уходящим газом. Поэтому такая скорость газа в полном сечении пенного аппарата является для большинства газо-жидкостных систем практически верхним пределом п ого режима. [c.9] Нижняя граница скорости газа, при которой обеспечивается пенный режим, различна для растворов и для чистых жидкостей, не содержащих поверхностно-активных веществ и, следовательно, не образующих статически устойчивой пены. [c.9] Величина есть отношение площади поперечного сечения потока газа в барботажном слое (суммарной площади поперечного сечения пузырей) к площади поперечного сечения аппарата. [c.9] Практически мы всегда имеем дело не с идеально чистыми жидкостями, поэтому при постепенном повышении скорости пропускания газа через слой жидкости, находящейся на решетке, барботажный режим сопровождается постепенным увеличением слоя пены над зоной барботажа. После того как барботажный режим при некоторой скорости газа заменится пенным режимом, дальнейшее повышение скорости газа приводит к постепенному превращению статически устойчивой (структурной, ячеистой) пены в динамически устойчивую, неструктурную пену. [c.9] В соответствии с этим изменяется и высота Н верхнего уровня слоя пены над решеткой. Вначале Н возрастает и достигает некоторого максимума. Затем, с увеличением скорости газа, высота пены уменьшается, вследствие изменения ее структуры, достигает минимума и снова начинает расти за счет повышения коэффициента газо-наполнения (рис. 1). [c.9] Вернуться к основной статье