ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сушка из "Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах" Если не учитывать процессы, протекающие в жидкости наряду с тепло- и массопередачей (например, процессы коагуляции и диспергирования), то аналитическое выражение для коэффициентов диффузии одно и то же при массообмене от жидкости к твердому (кристаллизация) и от твердого к жидкости (растворение). В связи с этим будем рассматривать оба процесса одновременно, обозначив лишь направление массопередачи плюсом— от твердого к жидкости, минусом — в обратном направлении. [c.148] Анализ диффузионного процесса при акустическом воздействии показывает, что на скорость процесса влияет как выравнивание концентрации, происходящее под действием акустических течений и микротечений, так и снятие диффузионных ограничений на границе раздела сред, вызываемое кавитационными пузырьками. [c.148] Например, для воды (v=10- м / , D = 10- м с) число Прандтля Рг = 101 Это означает, что уже при весьма малых скоростях жидкости конвективная диффузия значительно преобладает над молекулярной. [c.149] Диффузионный поток, отводимый от поверхности взвешенной частицы турбулентной пульсацией, равен потоку, отводимому от поверхности неподвижной частицы при смывании ее потоком, имеющим скорость с/тах. Исходя из этого, скорость растворения частиц, взвешенных в жидкости, можно выразить соотношением (6.10), где Со — разность концентраций. [c.150] Эти условия объясняются тем, что при пульсации кавитационного пузырька потоки вокруг него периодически меняются, как по величине, так и по паиравлению. Частицы, флотируемые пузырьком, находятся в этих знакопеременных потоках. [c.151] что для частиц разме-ро. л а = Ш-- м необходима частота / 10 Гц, а для частиц размером а = 10 м необходима частота / 10 Гц. Отсюда следует, что для частот / = Ю Гц, наиболее распространенных в серийной акустической аппаратуре, допущение стационарного обтекания справедливо для частиц размерами менее 10 мкм. Для более крупных частиц процесс становится нестационарным. В этом случае растворение протекает хуже, так как гидродинамические потоки уже не успевают сносить растворенное вещество. Процесс растворения будет также определяться конвективной диффузией, но с меньщими эффективными скоростями жидкости. [c.152] Сравнение скоростей растворения для малых частиц (аг С показывает, что скорость растворения при наличии кавитации на порядок больще, чем вызванная акустической турбулизацией. [c.152] Действительная же скорость растворения при кавитации значительно больше, чем получаемая при теоретическом анализе. Это связано с тем, что при анализе не учитывается образование новых поверхностей в результате диспергирования растворяемых частиц. [c.152] В тех случаях, когда растворению подвергаются большие плоские поверхности, акустические колебания ускоряют процесс растворения двумя путями. Во-первых, создавая акустические течения на границе раздела жидких сред, они переводят процесс из области молекулярной диффузии в область конвективной диффузии, которая, как отмечалось выше, значительно ускоряет процесс диффузии. Во-вторых, поток кавитационных пузырьков к поверхности создает условия, способствующие разрушению диффузионного пограничного слоя и увеличению поверхности растворения. [c.152] Ор = 10-2 м, s = 270 кг/м Рт = 2,16-103 кг/м / = 10- м, [ = 2 0 Гц /ж = 5-10 с / — 5,5-10 шт/(м2-с) (см, пример в разделе 1.4). [c.154] В действительности, растворение кристалла произойдет за более короткий срок, так как в расчете мы не учитывали диспергирующее действие акустических колебаний. [c.154] При Кристаллизации в акустическом поле кроме интенсификации процесса роста кристаллов наблюдается ряд других эффектов. Так, при воздействии акустических колебаний на пересыщенный раствор соли кристаллизация начинается без внесения затравки сразу во всем объеме раствора [65]. [c.154] На рис. 6.2 дан график, показывающий количество выпав-щего нафталина из нафталинсодержащей фракции в зависимости от температуры кристаллизации при воздействии акустических колебаний (/) и в их отсутствие (2). Как видно из графика, особенностью кристаллизации в этом случае является то, что в начальный период из раствора выводится большое количество нафталина и раствор становится ненасыщенным. Это состояние сохраняется примерно пять минут, а затем нафталин начинает растворяться и концентрация увеличивается до насыщения. [c.154] Одним из недостатков процесса кристаллизации при воздействии акустических колебаний является то, что образующиеся кристаллы имеют весьма малые размеры. Так, например, при кристаллизации нафталина твердая фаза выпадает в виде агрегатов, состоящих из отдельных кристаллов (пластин), длина которых 0,48—0,6 мм, ширина 0,17—0,2 мм. Такой размер кристаллов затрудняет процесс фильтрования. Подача акустических колебаний в виде импульсов позволяет устранить этот недостаток. При импульсном воздействии скорость и глубина (количество выпавших в начальный период кристаллов) сохраняются, однако сами кристаллы получаются более крупными. Так, например, при импульсном акустическом воздействии выпавшие кристаллы нафталина имеют размер 2,0 X 1,2 мм. [c.154] При использовании акустических колебаний в процессе кристаллизации наиболее целесообразно применять пакетные магнитострикционные преобразователи с концентраторами. Излучатель монтируется на люк кристаллизаторов с таким расчетом, чтобы конец концентратора был погружен в маточный раствор. [c.155] Скорость сушки материала зависит от скорости двух параллельно протекающих процессов — испарения влаги с поверхности материала и диффузии пара в окружающее пространство. Каждый из этих процессов имеет ряд особенностей. Например, при испарении влаги с поверхности в толще материала создается градиент влажности, вследствие чего происходит перемещение влаги из внутренних слоев к поверхности. В зависимости от формы связи влаги с материалом, ее количества, внешних условий сушки, механизма перемещения влаги в материале скорость процесса сушки может существенно меняться. Акустические колебания способны интенсифицировать оба процесса [67], определяющих скорость сушки. Это не только ускоряет сушку, но и позволяет проводить ее при более низких температурах. [c.156] При расположении плоскости параллельно направлению рас-фостранения волны акустическое поле влияет на процесс так ке, как и обыкновенный воздушный поток, имеющий скорость, равную колебательной скорости акустических колебаний. [c.157] При расположении плоскости испарения перпендикулярно управлению распространения акустической волны скорость 1роцесса испарения в акустическом поле больше, чем при воздействии потока воздуха. [c.157] Вернуться к основной статье