Пограничный слой между фазами при массопередаче

Применение ультразвука (УЗ)—новое прогрессивное направление в развитии многих отраслей промышленности, в том числе и химической. Применение УЗ в процессе экстракции может, по-видимому, оказаться весьма эффективным. Это обусловлено тем, что при наложении акустического поля происходит как увеличение межфазной поверхности вследствие измельчения капель, преобразования их формы и изменения состояния пограничных слоев между фазами [1], так и увеличение скорости массопередачи через единицу межфазной поверхности [2]. [c.168]

Пограничный слой между двумя фазами — область резкого изменения концентрации распределяемого вещества. Согласно одной из наиболее ранних теорий массопередачи, теории Нернста— Льюиса — Уитмена, на границе двух несмешивающихся фаз при их относительном движении образуются две неподвижные пленки, служащие основным источником сопротивления массопередаче. Массопередача в указанных пленках осуществляется вследствие квазистационарной молекулярной диффузии, причем время установления равновесия на границе раздела фаз практически равно нулю. [c.197]

Для расчета скорости массопередачи между фазами необходимо из уравнений (2-54) и (2-55) исключить граничные концентрации. Если предположить, что на границе раздела фаз сопротивление пренебрежимо мало и изменения концентраций в пограничных слоях малые, то можно воспользоваться линеаризованным представлением фазового равновесия, т. е. записать [c.126]

На рис. 10.9 изображено изменение концентрации вещества С в одной из фаз (явления в другой фазе пока не рассматриваются взаимодействие фаз — предмет массопередачи). Примыкающая к границе (7) фазового раздела область, в которой наблюдается изменение С нормально к границе, называется диффузионным пограничным слоем. Изменение концентрации от значения на границе до С в ядре фазы происходит плавно. Для удобства анализа и расчета вводят понятие о модельной пограничной пленке с четкими границами и определенной толщиной 5д считают, что в этой пленке сосредоточено все изменение концентрации от С до С, а за пределами пленки (в ядре) концентрация постоянна. Диффузионная пограничная пленка аналогична тепловой (ее толщина т) и ламинарному пристеночному слою (5и) во всех этих пленках невелика роль турбулентного переноса (количества движения, теплоты, вещества), доминирует вклад молекулярного переноса — вязкость, кондукция, а в изучаемых здесь явлениях — диффузия. В общем случае толщина диффузионной пленки 5д не совпадает с и и 8р количественная оценка связи между ними дана в разд. [c.774]

По мнению М. В. Островского [114], на поверхности раздела фаз существуют участки с равновесным и неравновесным поверхностным натяжением , а разность между последними является движущей силой, поддерживающей существование конвективных ячеек. Положение о существовании участков поверхности, где отсутствует равновесие между фазами, весьма спорно. Возможно, для некоторых физико-химических систем поверхностное сопротивление играет определенную роль. Анализ предложенного им метода определения поверхностной концентрации показал, что исходные положения метода не правильны, в результате чего получен противоречащий опытным данным результат соотношение коэффициентов массоотдачи для каждой из фаз определяется только соотношением объемов фаз и никоим образом не зависит от гидродинамических условий. Причина ошибки заключается в следующем. При рассмотрении нестационарного процесса массопередачи не учитывается, что скорость изменения концентрации в пограничном слое намного больше скорости изменения концентрации в объеме. [c.96]

Двухпленочная теория исходит из наличия двух пограничных слоев на поверхности раздела фаз (рис. УП-2) газовой и жидкой. Ее использование предполагает 1) стационарный процесс в обеих фазах 2) пропорциональность скорости массопередачи градиенту концентрации 3) наличие равновесия между [c.139]

Как показал В. В. Кафаров [52], при взаимодействии фаз в результате их относительного движения пограничные слои постоянно обновляются за счет турбулентного движения в каждой из фаз. При этом происходит изменение формы и размеров поверхности контакта фаз. Соотношение между молекулярным и конвективным переносом массы определяется гидродинамикой потоков фаз. Поскольку большинство реальных аппаратов работает в области турбулентного движения фаз и характеризуется интенсивным вихреобразованием на границе их раздела, массопередача осуществляется главным образом за счет конвективного переноса и является функцией гидродинамической обстановки в зоне межфазного контакта. [c.108]

Так, для массообмена между сплошным потоком и каплями малого размера при соответственно малой скорости относительного движения капель и сплошной жидкости (Ее < 1) диффузионное сопротивление наружного пограничного слоя оказывается много меньше сопротивления диффузионному переносу компонента внутри капли, где жидкость при таких условиях остается практически неподвижной. Значение коэффициента массопередачи при Ке < 1 можно считать приближенно равным величине коэффициента массоотдачи рд между поверхностью капли и жидкостью внутри капли. Для массообмена между достаточно крупной каплей и сплошной средой при значительной скорости относительного движения (Не > 200) интенсивность массопереноса определяется величиной коэффициента массоотдачи р<. между сплошной фазой и поверхностью капли. При этом внутри крупной капли развивается интенсивное движение жидкости по замкнутым циркуляционным контурам. Такое движение приводит к выравниванию концентрации компонента внутри капли, что и соответствует малой величине внутреннего сопротивления массопереносу. [c.461]

Таким образом, аналогии Рейнольдса оказывается недостаточно для того, чтобы рассчитать сопротивление массопередачи в области близкой к поверхности раздела фаз, где перенос массы осуществляется в основном за счет молекулярной диффузии. Экспериментально показано что сопротивление этого ламинарного пограничного слоя для турбулентного потока в прямых трубах и между плоскими поверхностями может быть [c.398]

Сделанные раннее замечания о механизме массопередачи между фазами получены на основе концепции неподвижной пленки каждой жидкости, примыкающей к границе раздела. Хотя было известно, что устойчивой жидкой пленки в действительности не существует в большинстве систем с массопередачей, эта концепция неподвижной пленки неопределенной толщины, сравнимой с вязким подслоем в движущемся пограничном слое, была основой большинства моделей массопередачи. Предполагалось, что масса переносится в этой пленке путем молекулярной диффузии, согласно уравнениям установившейся массопередачи. Эта теория привела к определению коэффициентов массоотдачи через коэффициенты диффузии и толщину пленки. В этой книге мы почти всегда приводили коэффициенты переноса для отдельных фаз в турбулентном потоке как эмпирические величины без ссылки на пленочную теорию. В большей части случаев, подобных потоку над плоской пластиной, мы видели, что неподвижной пленки не существует. Количество вещества, передаваемого от пластины в пограничный слой, переносится нормально к пластине путем диффузии и параллельно пластине благодаря движению жидкости. Однако пленочная теория была использована в гл. 33, чтобы получить зависимость между к- и для турбулентного потока [см. уравнения (33. 23) и (33. 26)]. [c.508]

Льюис высказал предположение, что при сильной турбулент- ности массопередача между двумя жидкими фазами происходит исключительно вследствие турбулентной диффузии [881. По теории Льюиса, турбулентная диффузия распространяется до границы раздела фаз, и, таким образом, переход массы через пограничный слой осуществляется без молекулярной диффузии. Общая скорость массопередачи в этом случае должна определяться только турбулентной диффузией. [c.202]

Абсорбция окислов азота растворами щелочей, сопровождающаяся химической реакцией между поглощаемым газом и абсорбентом, является сложным процессом. В соответствии с теорией массопередачи большое значение для ускорения процесса абсорбции имеет создание турбулентного режима, достигаемое повышением линейной скорости газа и жидкости, увеличением поверхности соприкосновения газа и поглотителя и уменьшением толщины пограничного слоя на границе раздела фаз. [c.205]

Осн. работы посвящены методам разделения смесей — газовой абсорбции, жидкостной экстракции и выпариванию. Осуществил (конец 1930-х) классические расчеты процессов массопередачи и захлебывания в абсорбционных башнях с насадкой. Изучил механизм массопередачи между двумя фазами. Провел одно из первых исследований вихревой диффузии в турбулентных газовых потоках, создал безнасадочные аппараты для изучения массопередачи в пограничных слоях (как для систем, в которых протекает хим, р-ция, так и для систем без нее). Экспериментально исследовал массо-передачу между поверхностью и сверхзвуковым потоком газа, а также процессы сублимации при очень низких давлениях. Создал основы для применения теории массопередачи в различных обл, хим, технологии, включая абсорбционное охлаждение. Участвовал в создании первых кондиционеров для охлаждения воздуха. Разработал пром. каталитические процессы, в которых реагенты диффундируют через пористые гранулы катализатора, находящегося в неподвижном слое, [c.502]

В этой главе мы рассмотрим массопередачу в турбулентном потоке примерно тем же методом, каким мы пользовались при рассмотрении теплообмена в турбулентном потоке (гл. 25). Целесообразно рассмотреть массопередачу в турбулентном пограничном слое у плоской пластины ввиду небольшого, но все возрастаюш его числа непосредственных применений этой теории. Более важная причина состоит в том, что это изучение приводит к пониманию массопередачи при движении над поверхностями более сложной геометрической формы. Мы рассмотрим также классические аналогии переноса тепла, массы и количества движения между жидкостью и внутренней стенкой трубы. Наконец, мы проанализируем теорию проницания, базирующуюся на некоторой модели процесса. Замечательная особенность этой теории заключается в том, что она описывает массопередачу (и теплопередачу) между двумя жидкими фазами. Это отличает ее от большей части теорий переноса, которые в большей или меньшей степени ограничены применимостью к обмену между жидкостью и твердой фазой. [c.498]

Причину ускорения массопередачи химическими реакциями легко объяснить с помощью теории диффузионного пограничного слоя.-Предположим, что массопередача происходит между двумя хорошо перемешаннылга фазами. Тогда основное изменение концентрации переносимого компонента будет происходить в тонкой области, прилегающей непосредственно к границе раздела фаз. или, как говорят, в диффузионных слоях. Именно в них сосредоточено основ- ное сопротивление массопередаче, и толщина этих слоев определяет i скорость экстракции. [c.382]

Следующие соображения позволяют сформулировать количественное ограничение применимости модели кратковременного контакта фаз, связанное с допущением гй с = onst. Исходя из того, что при хемосорбции отношение толщины диффузионного пограничного слоя к характерному линейному размеру L (например, толщина пленки, расстояние между пузырями) долл<по быть много меньше величины коэффициента ускорения массопередачи f, а среднее смещение частиц за время контакта x = xlWx пропорционально у/)лт, можно записать [c.14]

Предположение о том, что при среднем времени пребывания вихря на границе раздела фаз фронт диффузии достигает внутренней стороны элемента жидкости, но стационарный градиент концентрации не успевает установиться, сделали Тур и Марчелло (1958), объединившие двухпленочную теорию пограничных слоев и теорию проницания в одну теорию — пленоч-но-пенетрационную. Однако ни эти авторы, ни Рукенштейн (1954—1963) и Хэрриот (1962) не смогли преодолеть в своих теориях противоречия между стационарностью процесса как одного из условий выполнения принципа аддитивности сопротивлений и конкретными условиями, когда формулы аддитивности получены для нестационарного процесса. Необходимо также отметить, что при фактически стационарном процессе массопередачи введение в него "нестационарности" или " периода обновления" осуществляется сугубо формально. Если же процесс массопередачи действительно нестационарен, то допущение о наличии тонкой приведенной пленки и аддитивности сопротивлений неправомерно [c.18]

Для трактовки полученных результатов рассмотрим схему процесса массообмена между жидкостью и газом (рис. 9). Так как перенос водорода в газовой и жидкой фазах осуществляется конвекцией, то в каждом данном сечении ядра фаз в условиях стационарного процесса концентрация водорода постоянна. В наших опытах концентрация водорода в газовой фазе была больше концентрации водорода в жидкой фазе. Согласно двупленочной теории массопередачи на поверхности раздела фаз образуются два пограничных слоя, в которых перенос вещества осуществляется конвекцией и диффузией. В каждом из пограничных слоев происходит рез- кое изменение концентрации вещества, но при установившемся процессе на границе раздела фаз достигается концентрация насыщения. Пограничные слои могут оказывать различное сопротивление переносу вещества. [c.88]

Массопередача в однофазном ламинарном потоке жидкости (газа) встречается лишь в немногих случаях. Основная причина этого заключается в том, что большая часть систем, в которых происходит массопередача, включает больше жидких (газообразных) фаз, чем одну, так что в зоне массообмена не образуется устойчивых ламинарных пограничных слоев. Однако встречается небольшое число систем, в которых массообмен происходит между твердым телом и жидкостью при наличии не только пограничного слоя, прилегаюш его к твердой поверхности, но и установившегося ламинарного движения массы жидкости. [c.488]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология