Межфазная поверхность поверхность контакта фаз

Кинетику превращений в системе жидкость (газ) — жидкость рассмотрим на примере абсорбции газа жидкостью с одновременной химической реакцией, считая, что реакция проходит только в жидкой фазе. До сих пор для количественного описания таких превращений широко используется пленочная теория Льюиса и Уитмена. Согласно этой теории, по обе стороны межфазной поверхности газ —жидкость существуют ламинарные пограничные пленки. Несмотря на то, что пленочная теория гидродинамически обоснована только для газа, она проста и удобна в применении. Предполагается, что вне пределов пограничных плепок изменения концентраций реагентов в направлении, перпендикулярном к межфазной поверхности, отсутствуют, а на поверхности контакта фаз между концентрациями абсорбируемого компонента в жидкости и в газе устанавливается динамическое равновесие. В состоянии такого равновесия зависимость между парциальным давлением газообразного компонента и его концентрацией в жидкой фазе выражается законом Генри. Принятая модель процесса используется при изотермических условиях его проведения. [c.250]

Наиболее простыми по устройству являются односекционные барботажные аппараты для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, либо двух жидкостей, либо газа (жидкости) с зернистыми твердыми веществами. Эти аппараты применимы в случаях, когда для протекания процессов тепло- и массообмена и химических реакций достаточно одного контакта восходящего потока с одним слоем жидкости или твердого вещества. Для ускорения протекающих процессов эти аппараты часто снабжаются механическими, инжекционными, газлифтными, пульсационными и вибрационными перемешивающими устройствами. Они способствуют гомогенизации жидкой среды или зернистого материала, росту межфазной поверхности, а также интенсивности межфазного н внешнего массо- или теплообмена. В рассматриваемых аппаратах, работающих обычно в периодическом режиме, достигаются практически полное перемешивание барботируемой среды (жидкости) и определенная степень перемешивания газового потока. [c.15]

Основной отличительной особенностью колонных аппаратов рассматриваемого класса, как было сказано ранее, является разделение их на секции горизонтальными распределительными устройствами. В основании каждой секции имеется распределительное устройство, предназначенное для создания тесного контакта взаимодействующих потоков, т. е. максимально возможной межфазной поверхности. Эти распределительные устройства обычна называют тарелками, а колонные аппараты — тарельчатыми. [c.18]

Насадочные колонны для массообменных процессов между газом и жидкостью чаще всего работают в пленочном режиме. Максимальная межфазная поверхность в этом случае равна поверхности элементов насадки, однако в действительности она обычно меньше по следующим причинам. Во-первых, часть поверхности насадки может быть не смочена жидкостью. Во-вторых, часть жидкой фазы внутри насадки пребывает в аппарате длительное время и вследствие этого находится в равновесии с газом. Межфазную поверхность, образованную этой застойной жидкостью, называют статической. В процессах абсорбции, десорбции, ректификации она является неактивной эффективная удельная поверхность контакта фаз равна разности между смоченной и статической поверхностью насадки а = —Сст- [c.50]

Если концентрация передаваемого компонента в жидкости равна с, а на межфазной поверхности (поверхности контакта с другой жидкостью) Си то мольную скорость Л/ [в кмоль м сек)] можно представить уравнением [c.551]

В зависимости от конкретных условий молекулы защитных коллоидов на, межфазной поверхности могут принимать различные конформации. При повышенных концентрациях защитных коллоидов, необходимых для образования стабильных эмульсий, они образуют на границе раздела фаз гелеобразные трехмерные структуры, при этом не все молекулы защитного коллоида находятся в непосредственном контакте с поверхностью. Возникновение трехмерных структур определяет стабильность образующихся эмульсий, которая непосредственно связана с механическими свойствами межфазных слоев. Однако прямая корреляция между структурно-механическими свойствами адсорбционных слоев и их стабилизирующим действием наблюдается не всегда. Это связано, с тем, что при высокой механической прочности адсорбционного слоя составляющие его макромолекулы защитного коллоида имеют ограниченную подвижность. В динамических условиях суспензионной полимеризации дефекты адсорбционного слоя, возникающие вследствие его деформации, ликвидируются очень медленно, что приводит к снижению стабильности эмульсии. По-видимому, должна существовать трехмерная структура с оптимальными механическими свойствами, обеспечивающими формирование вязкого адсорбционного слоя с сохранением его подвижности. [c.109]

Межфазной турбулентностью Кафаров [128—130] называет предложенную им схематическую качественную картину взаимодействия в системах газ — жидкость и жидкость — жидкость, согласно которой вследствие трения и образующихся при этом пар сил происходит вихреобразование и значительное увеличение поверхности контакта фаз. Однако модель Кафарова недостаточно обоснована и не подтверждена какими-либо попытками приближенного расчета или качественного эксперимента. [c.72]

В основе работы мокрых пылеуловителей (скрубберов) лежит контакт запыленных газов с орошающей жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. При контакте газового потока с жидкостью образуется межфазная поверхность (поверхность осаждения) в виде капель, пленки жидкости, поверхности газовых пузырей. Процесс пылеулавливания в скрубберах может сопровождаться процессами абсорбции и охлаждения газов. Конденсация паров, происходящая при охлаждении насыщенных влагой газов, соответствует росту эффективности мокрых пылеуловителей. [c.301]

Увеличение эффективности процессов межфазного переноса при заполнении колонны неупорядоченной насадкой является общеизвестным фактом [72—75]. Например, заполнение колонны диаметром 0,31 м кольцами Рашига 6 х9 мм снижает ВЭТТ от 0,815 до 0,575 м [72]. Однако механизм влияния насадки на скорость массопередачи долгое время являлся предметом дискуссии. Долгое время считали, что основу влияния насадки составляет увеличение поверхности контакта фаз. Однако бо.лее детальное изучение изменения размера капель при прохождении ими слоя насадки [76—78] показало, что влияние насадки на эффективность колонны имеет иной механизм. Так, при диаметре насадки, превышающем критические размеры [79] [c.265]

Исходя из этого становится возможным проводить расчет промышленных абсорберов на основе результатов лабораторных исследований, если для промышленного аппарата известны значения и величины поверхности контакта фаз, а в лабораторной модели с известной величиной межфазной поверхности обеспечивается то же самое значение k . [c.175]

В опытах чаще всего определяют не само значение кд, а произведение кда, представляющее собой объемный коэффициент массоотдачи. Поверхность контакта фаз в единице объема, или удельная межфазная поверхность, а зависит от размера и формы насадки и от расхода жидкости (см. ниже). [c.206]

В главе рассмотрены и некоторые другие относительно простые реакции. Одни из них представляют практический интерес для промышленности, другие могут быть использованы для проверки теории или для измерения таких важных параметров, как межфазная поверхность контакта жидкости и газа. [c.237]

Определение скорости межфазного обмена в контактном аппарате включает в себя три самостоятельных задачи определение движущей силы процесса, определение коэффициента массопередачи (или теплопередачи) и определение поверхности контакта фаз. [c.272]

Вест [118] принимает возможность сушествования на поверхности контакта обеих жидких фаз межфазного барьера, построенного из молекул, и приписывает ему большое влияние на массопередачу. Такой барьер образуют молекулы с разной степенью ориентации, расположенные по одну сторону поверхности контакта или по обе. [c.55]

При жидкостной экстракции, кроме чисто физических явлений, какими являются оба вида диффузии и спонтанная турбулентность, могут происходить также и химические реакции между растворенными молекулами и компонентами растворителя или только между первыми. Реакции могут проходить либо в фазе растворителя—и тогда они имеют гомогенный характер, либо на поверхности контакта фаз, как свободно идущие реакции гомогенного характера. Химические реакции оказывают большое влияние на скорость перехода молекул целевого компонента, и в зависимости от характера они могут ускорять массообмен (гомогенные реакции) или заменять его (гетерогенные реакции) вследствие появления дополнительных сопротивлений на межфазной поверхности. [c.62]

С обеих сторон межфазной поверхности образуются пограничные пленки конечной толщины, в пределах которых движение фаз упорядочено и молекулы растворенного вещества перемещаются к поверхности контакта путем молекулярной диффузии. Снаружи этих слоев господствует турбулентность, которая выравнивает концентрации и придает диффузии в этой части жидкости турбулентный характер. [c.62]

В силу стохастического характера явлений массопереноса достижение равновесного состояния подчинено вероятностным законам распределения энергии и массы в пространстве и во времени. Если принять во внимание, что время контакта фаз пропорционально межфазной поверхности, то можно сделать вывод о том, что степень достижения равновесия на ступени разделения определяется гидродинамической обстановкой и в конечном счете должна учитываться при определении эффективности. [c.352]

Присутствие в аэрируемых смесях гидрофильных растворенных веш,еств (даже в незначительных количествах) увеличивает межфазную поверхность контакта. Это объясняется тем, что такие растворенные вещества (например, спирт) препятствуют коалесценции газовых пузырей. [c.458]

Классификация ротационных аппаратов и анализ их конструкций. Каждая конструктивная схема ротационного аппарата в основном обусловливает состояние в нем межфазной поверхности. По способу образования поверхности контакта фаз в поле центробежных сил ротационные аппараты можно разделить на три основные группы [1291 [c.467]

Определяющей характеристикой процессов массопередачи, протекающих в двухфазных потоках, является взаимодействие фаз, от которого зависит величина межфазной поверхности. Поэтому аппараты, в которых проходят процессы массопередачи, должны конструироваться так, чтобы поверхность контакта в них была максимальной. В соответствии с этим в основу классификации диффузионной аппаратуры положен принцип образо- [c.83]

В силу стохастического характера явлений массопереноса достижение равновесного состояния подчинено вероятностным законам распределения энергии и массы в пространстве и по времени. К наиболее существенным причинам неравновесности массообмена в промышленных условиях можно отнести неравномерность распределения частиц потока по времени пребывания обратный заброс фаз в результате механического уноса недостаточное время контакта фаз или межфазной поверхности контакта. Степень достижения равновесия на ступени разделения определяется гидродинамикой потоков жидкости и пара, их взаимодействием, а следовательно, временем пребывания в аппарате. [c.86]

Скорость процесса хемосорбции определяется как скоростью химической реакции, так и величиной коэффициента массопередачи, который может быть рассчитан по одной из рассмотренных выше теорий межфазного переноса (пленочная теория, теория обновления поверхности контакта фаз, теория межфазной турбулентности и т. д.). [c.166]

Рассмотрены топологические структуры межфазных явлений в гетерофазных ФХС. Обсуждены особенности топологического описания теплового, механического и покомпонентного равновесия фаз. Дано преставление в виде топологических структур связи ряда моделей межфазного переноса двухпленочной модели, модели обновления поверхности контакта фаз, модели диффузионного пограничного слоя, модели развитой межфазной турбулентности. Показано, что диаграммы межфазного переноса с учетом условий равновесия в рамках существующих теорий структурно изоморфны и различаются между собой лишь значениями параметра проводимости и формой его зависимости от гидродинамической обстановки в системе. [c.182]

Коэффициенты массообмена в экстракционных колоннах зависят от фнзнко-химических свойств жидкостей, турбулентности в обеих фазах и геометрических элементов колонны. Несмотря на трудности определения поверхности контакта фаз, количественно массообмен определяется для всех типов колонн при помощи объемных коэффициентов массопередачи или высоты единицы массопереноса. Обе аелнчины (коэффициент и высоту единицы переноса) относят к фазе рафината, или к фазе экстракта, или же к диспергированной фазе, или к сплошной. Опытные данные выражаются с помощью критериев подобия, используемых при описании диффузионных процессов критерия Шервуда 5п, критерия Рейнольдса Ре для обеих фаз и критерия Шмидта 5с. В состав этих критериев входят вязкость и плотность жидкости но они не учитывают межфазного натяжения, которое в жидких системах оказывает влияние на массообмен через межфазную турбулентность. Расчетным уравнениям придается зид показательных функций. Введение в уравнения критерия Рей- юльдса для обеих фаз одновременно следует из предполагаемого влияния турбулентности одной фазы на другую. Во многих случаях зто влияние не подтверждается, и тогда уравнение содержит только один критерий Рейнольдса или скорость одной фазы. [c.304]

Важную роль в технологических процессах играет, как известно, явление массопереноса, т. е. явление переноса массы вещества между двумя фазами. Существует несколько теорий процесса массопереноса через межфазную поверхность. Наибольшее распространение получила пленочно-пенетрационная теория, которая утверждает, что имеет место двойственный механизм диффузии. При малом времени контакта массообмен протекает как ряд неустановившихся процессов диффузии компонента от межфазной поверхности к элементарным вихрям сплошной фазы, соприкасающимся с поверхностью и проникающим в глубь сплошной фазы. При более длительном времени контакта действует механизм молекулярной диффузии через ламинарные пограничные пленки по обе стороны раздела фаз. [c.30]

Влияние турбулентных пульсаций на перенос вещества учитывается моделью проникновения, получившей широкое распространение за последние 10—15 лет. При использовании этой модели предполагается, что турбулентные пульсации непрерывно подводят к межфазной поверхности свежие порции жидкости и смывают жидкость, уже прореагировавшую с газом. Таким образом, каждый элемент поверхности взаимодействует с газом в течение некоторого времени (время контакта, период обновления), после чего данный элемент поверхности обновляется. Считают, что за время контакта растворение газа происходит путем нестационарной диффузии в неподвижный слой бесконечной толщины. [c.147]

Величина удельной межфазной поверхности в барботажной и дисперсной системах изменяется в очень широких пределах и существенно зависит не только от расходов фаз, но и" от конструктивных особенностей контактных устройств [24]. Например, для переливных контактных устройств на системе вода — воздух удельная поверхность контакта фаз в режиме крупноячеистой пены изменяется в пределах а = 200 270 м /м и определяется в основном задержкой жидкости и геометрическими размерами контактного устройства. Переход к подвижной пене сопровождается интенсивным ростом межфазной поверхности до значений а = 400 -Ь700 м /м . В режиме подвижной пены и переходной структуры при увеличении расхода газа межфазная поверхность меняется мало, достигая значения а = 800 м /м . В режиме диспергирования жидкости происходит дальнейшее увеличение поверхности контакта фаз по сравнению с пенным и барботажным режимами. Увеличение задержки жидкости также способствует возрастанию межфазной поверхности. Большое влияние на величину межфазной поверхности оказывают физические свойства газа и жидкости. Так, межфазная поверхность возрастает с, увеличением вязкости /1 уменьшением поверхностного натяжения жидкости из-за уменьшения среднего диаметра пузырей. Если для системы вода — воздух удельная поверхность контакта фаз составляет а = 800 1000 м /м , то для системы воздух — метанол 1500 м м и для системы воздух — керосин 3000 м /м . [c.159]

Совершенно очевидно также,. что диффузия одного полимера в другой представляет собой явление растворения. Взаиморастворимость полимеров, к-рая в основном определяется соотношением их полярностей, очень важна для А., что вполне согласуется с известным правилом Дебройна. Однако заметная А. может наблюдаться и между несовместимыми, сильно различающимися по полярности полимерами, в результате т. наз. локальной диффузии, или локального растворения. Локальное растворение неполярного полимера в полярном можно объяснить неоднородностью микроструктуры полярного полимера, возникающей в результате того, что полимер, состоящий из цепей с полярными и неполярными участками достаточной протяженности, всегда претерпевает микрорасслаивание, подобное происходящему в смесях сильно различающихся по полярности полимеров. Такое локальное растворение вероятно в случае, когда диффундируют углеводородные цепи, т. к. в полярных полимерах объем неполярных участков обычно больше объема полярных групп. Этим и объясняется то, что неполярные эластомеры обычно проявляют заметную А. к полярным высокомолекулярным субстратам, в то время как полярные эластомеры к неполярным субстратам почти не прилипают. В случае неполярных полимеров локальная диффузия может обусловливаться наличием в одном или обоих полимерах надмолекулярных структур, исключающих диффузию в определенных участках межфазной поверхности. Значение рассмотренного процесса локального растворения, или локальной диффузии, для А. тем более вероятно, что, по расчетам, достаточно проникновения в субстрат молекул адгезива всего на несколько десятых нм (несколько А), чтобы адгезионная прочность возросла во много раз. В последнее время Догадкиным и Кулезневым развивается концепция, согласно к-рой на межфазной поверхности контакта двух мало- или почти полностью несовместимых полимеров может происходить диффузия концевых сегментов их молекул (сегментальная диффузия). Обоснованием этой точки зрения является то, что совместимость полимеров увеличивается с уменьшением их мол. массы. Кроме того, образование прочного адгезионного соединения может определяться не только взаимопереплетением молекулярных цепей в зоне контакта из-за объемной диффузии, но и диффузией молекул одного полимера по поверхности другого. Даже тогда, когда А. обусловливается чисто адсорбционными взаимодействиями, адгезионная прочность практически никогда не достигает своего предельного значения, поскольку активные груп- [c.11]

Зависимости, выведенные для основного и конвективного потоков, действительны только в пределах до граничной поверхности фазы (причем функция изменения концентрации также прерывна). Явная форма зависимости, описывающей поток на межфазной поверхности с помощью непрерывной функции, не может быть найдена. Вследствие этой трудности для описания потока между фазами пользуются эмпирическими формулами. Опыт показывает, что поток между фазами пропорционален площади А контакта фаз и разйости концентраций, температур и скоростей внутри фаз. Такой поток между фазами называют переходящим. [c.66]

Знание кинетики используемой реакции вовсе не является обязательным. Если она не известна, то можно применить следующую методику. Сначала измеряют скорость абсорбции R газа данным абсорбентом в лабораторной модели с известной поверхностью контакта фаз — в колонне с орошаемой стенкой (см. раздел IV-1-3) или в перемешиваемой ячейке (см. раздел УП-З). Затем, меняя время 0 экспозиции жидкости газу или интенсивность перемешивания, а следовательно, и ki, смотрят, изменяется ли R. Для обеспечен1ш применимости рассматриваемого здесь метода скорость абсорбции R в модели не должна зависеть от (или от О = 4Djnk ) во всем рабочем диапазоне изменения характеристик исследуемого аппарата — натуры. Если это условие соблюдается, можно считать, что полученное на лабораторной модели значение R будет справедливым и для аппарата — натуры. Отсюда, определив скорость абсорбции Ra в этом аппарате и зная R, можно вычислить и удельную межфазную поверхность а в нем. [c.210]

Портер и др. измерили межфазную поверхность на колпачковой тарелке диаметром 0,9 м с помощью быстрой реакции первого порядка (см. раздел IX-1-3). Они нашли, что поверхность а контакта фаз в единице объема пены почти не зависит от скорости газа и высоты пены и составляет около , Ъ см . В то же время значение а" заметно возрастало при установке над тарелкой проволочной сетки. Найденные значения оказались почти не зависящими от условий и равными примерно 0,03—0,04 см1сек. [c.226]

Наряду с химическим взаимодействием в реакторе протекает ряд физических процессов. Одна из фаз диспергируется в другой фазе. В процессе дисиергпрования и относительного движения фзз происходит формирование структуры двухфазного слоя и поверхности фазового контакта. Происходит межфазный обмен веществом и энергией. Обмен энергией осуществляется не только между двумя движущимися фазами, но и с конструктивными деталями реактора, которые оказывают возде1 1Ствие на механизм и скорость физических [c.22]

Мурдох и Пратт [74] рассмотрели общий случай, когда растворенные молекулы вещества В входят в обратимую реакцию п-го порядка в одном направлении и г-го в другом. На межфазной поверхности (рис. 1-37) происходит химическая реакция при концентрации вещества В в фазе рафината, равной J.. Концентрация вещества В на поверхности контакта фаз ниже равновесной концентрации и равна С ., соответствующей концентрации, выраженной в [c.71]

Определяющей характеристикой процессов массопередачи, протекающих в двухфазных потоках, является взаимодействие фаз, от которой зависит величит1а межфазной поверхности. Поэтому аппараты для проведения процессов массопередачи должны конструироваться так, чтобы в них максимально развивалась поверхность контакта. В соответствии с этим и в основу классификации диффузионной аппаратуры положен принцип образования межфазной поверхности [I, 2]. [c.255]

Если исходить из того, что ступени независимо от их числа должны обеспечивать достаточно высокую степень обессоливания, например 90%-нук )и что после каждой ступени в нефти остается 0,1% воды, то и в этом случае необходимо подавать на каждую ступень всего по 0,9% воды. На практике, однако, как уже указывалось, воды требуется гораздо больше. Это объясняется необходимостью образования возможно большей межфазной поверхности и уменьшения расстояния между смежными капельками воды, поскольку при этом увеличивается вероятность столкновения и слияния капелек соленой и пресной воды. О количестве воды, необходимой для обеспечения требуемого контакта между отдельными капельками, можно судить, исходя из того, что среднее расстояние между смежными поверхностями капелек не должно превышать одного-двух их диаметров. При такой плотности распределения капелек каждой из них при перемешивании эмульсии довольно трудно. тротиснуться между двумя другими, не задевая их. Из формулы (31) следует, что для создания столь высокой плотности капелек требуется 3—9% воды. Обычно подают 4—6% воды на ступень, в среднем фактическая подача воды составляет около 5% на ступень. [c.63]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология