Льюиса массопередачи

Для трехкомпонентных систем, которые составлялись из шести разных органических растворителей, шести растворяемых веществ и воды, Льюис определил коэффициенты массопередачи, пользуясь описанной аппаратурой и измерительной техникой. Эти коэ и-циенты сравнивались с коэффициентами массопередачи, вычисленными по уравнениям (1-65) и (1-66), в которые были подставлены коэффициенты массоотдачи, найденные по уравнению (1-86). Определенные экспериментально и вычисленные коэффициенты совпадали с погрешностью до 20% для систем, приведенных в табл. 1-12. [c.81]

По Льюису, согласованность обоих коэффициентов (экспериментального п расчетного) свидетельствует о том, что межфазное сопротивление по сравнению с сопротивлением обеих фаз исчезающе мало может быть опущено. Для этих систем механизм перемещения молекул, принятый двухпленочной теорией, может считаться справедливым. Массопередача становится энергичнее под влиянием спонтанной межфазной турбулентности и замедляется, если на поверхности фаз происходят медленные химические реакции, которые создают дополнительные сопротивления массопередаче [уравнения (1-80), (1-81)]. [c.82]

Двухпленочная теория массопередачи, разработанная Льюисом и Уитменом более 40 лет тому назад, явилась дальнейшим развитием теории растворения твердых тел, предложенной Нернстом. [c.236]

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]

Решение системы дифференциальных уравнений (5,81) в общем виде требует применения достаточно сложного математического аппарата. В связи с этим для расчета массопередачи в перекрестном токе используют приближенные методы, основанные на допущении Льюиса, в соответствии с которыми жидкость прини- [c.213]

Таким образом, проведенный анализ указывает на то, что применяемые в настоящее время методы расчета эффективности массопередачи в перекрестном токе, основанные на допущении Льюиса, т. е. рассмотренные ранее, будут достаточно точно отражать [c.226]

Сравнение эффективности массопередачи в режиме идеального вытеснения по уравнениям (5.141), (5.142) и уравнениям Льюиса [29] показывает, что начиная уже со второй тарелки эффективность массопередачи практически не меняется и, следовательно, приведенные выще зависимости отражают достаточно полно работу всех тарелок колонны. Аналогичный вывод был получен в работе [30] при потарелочном расчете разделения бинарной смеси в колонне на основе секционной модели с заданной степенью продольного перемешивания жидкости и пара в сепарационном пространстве колонны. Таким образом, приведенные выше уравнения позволяют проводить анализ влияния перемешивания пара в сепарационном пространстве и направления движения жидкости на смежных тарелках на общую эффективность массопередачи. [c.239]

Пленочная теория. Эта наиболее простая теория массопередачи представляет собой развитие идей, ранее выдвинутых Льюисом Пленочная теория допускает, что в движущейся жидкости имеются ламинарные и турбулентные области скорость массопередачи определяется скоростью молекулярной диффузии, а влияние турбулентности проявляется в увеличении потока вещества Ма и может быть охарактеризовано величиной диффузионного пути — эффективной толщиной пленки . В уравнении (V, 38), полученном для переноса в стационарных условиях, расстояние г приобретает, таким образом, значение эффективной толщины, меньшей, чем действительное расстояние, на котором наблюдается падение концентраций, но оказывающей сопротивление молекулярной диффузии, равное общему сопротивлению. Обозначив в уравнении (V, 38) >л(р/Л1)ср/2 = , получим [c.191]

Льюис проводя опыты в диффузионной ячейке, нашел, что неподвижная протеиновая пленка, адсорбированная на поверхности раздела фаз, заметно уменьшает скорость процесса массопередачи, в то время как подвижные пленки других поверхностно-активных веществ не оказывают подобного действия. Движение капель одной жидкости в другой обычно происходит при скоростях, более высоких, чем движение твердых сфер. Это объясняется подвижностью поверхности жидкость — жидкость, в результате которой возникает циркуляция жидкости внутри движущихся капель. Если присутствие поверхностно-активных веществ делает поверхность капли менее подвижной, можно ожидать, что в присутствии этих веществ скорость подъема (или падения) капель будет уменьшаться, достигая в пределе скорости движения твердых сфер скорость экстракции при этом должна замедляться. Такая гипотеза подтверждена экспериментально [c.202]

При исследовании механизма абсорбции в любых газожидкостных системах наибольшую трудность вызывает расшифровка кинетики абсорбции, в частности достаточно адекватный учет диффузии вещества в газовой и жидкой фазах. Задача заключается в таком моделировании диффузионных процессов, протекающих как внутри фаз, так и на границе раздела, которое бы позволило достаточно полно отразить факторы, влияющие на массоотдачу. Известные модели переноса вещества (модели Уитмена — Льюиса, Хигби, Данквертса и др. [6, 28, 29]) не только труднореализуемы в связи со сложными решениями математических уравнений, но и не учитывают многие из этих факторов. На кинетику абсорбции влияют коэффициент диффузии, физические свойства газов и жидкостей, термодинамические параметры процесса, концентрация компонентов, направление массопередачи, вибрация и пульсация, эффект Марангони и т. д. Многочисленные исследования влияния этих [c.69]

Независимость коэффициента массопередачи от времени, вытекающая из формулы (16), является следствием пренебрежения членами ряда (15) со значениями п 2. При достаточно малых значениях времени контакта фаз коэффициенты массопередачи будут иметь значения большие, чем предсказанные формулой (16) (при t —> О, А —> со). Модель с полным перемешиванием наиболее близка к пленочной модели Льюиса — Уитмена. [c.25]

Если диффузионный ламинарный слой достаточно тонкий (или если время контакта фаз велико), то в слое успевает установиться постоянный градиент концентрации, поддерживаемый в стационарном состоянии благодаря постоянству концентраций х. и на границах слоя. В этом случае массопередача через слой сплошной фазы на границе капли будет носить стационарный характер и соответствовать пленочной модели Льюиса — Уитмена. [c.26]

Однако коэффициент X в этом случае оказался переменной величиной, а показатель а степени оказался равным 1,43. Тем не менее Льюис [8] счел возможным распространить уравнение (21) на случай экстракции в трехкомпонентных системах. При этом Льюис полагает, что уравнение (21) является инвариантным относительно природы компонентов раствора, и массопередача не зависит от молекулярной диффузии. [c.47]

Строго говоря, с массопередачей на плоской границе раздела фаз, применительно к процессам жидкостной экстракции, приходится сталкиваться или при массопередаче в диффузионной ячейке с перемешиванием, например, в ячейке Льюиса [6] или при пленочном течении в трубах и колоннах с насадкой. Однако поверхность раздела можно считать плоской и для массопередачи в капле в распылительной и насадочной колоннах, если толщина приведенной пленки много меньше диаметра капель. [c.56]

Наиболее ранней попыткой описать механизм массопередачи была пленочная теория Льюиса и Уитмена, введших понятие двойной пленки на границе раздела фаз — фазовой и жидкой. При этом полагается, что обе пленки находятся в ламинарном движении, тогда как вся остальная жидкость и весь объем газа находятся в турбулентном движении и что в них, следовательно, устанавливается равномерная концентрация по всему объему. Процесс массопередачи протекает только за счет молекулярной диффузии и сравнительно медленно, в связи с чем пренебрегают зависимостью коэффициента диффузии от концентрации диффундирующего элемента, т. е. коэффициент D в выражении (III. 1) полагают величиной, постоянной для данной двухфазной системы. [c.67]

В дальнейших исследованиях процесса массопередачи некоторые положения теории Льюиса—Уитмена были подвергнуты критике, [c.68]

Для расчета частных коэффициентов массопередачи был предложен ряд приближенных моделей, описанных в литературе [226]. Остановимся вначале на двух наиболее распространенных моделях, которые бьши широко использованы в многочисленных работах по массо- и теплопередаче без и с учетом химических реакций, - на пленочной модели, предложенной Уитманом и Льюисом [221], и пенетрационной модели, предложенной Хигби [227]. [c.172]

Согласно теории Уитмана и Льюиса, в ядре потока концентрахщя постоянная и процесс переноса описывается одномерным стационарным уравнением молекулярной диффузии в тонких пленках при условии фазового равновесия на границе раздела жидкость - жидкость или жидкость - газ. Скорость массопередачи по каждой из фаз определяется выражением (4.3), в котором частные коэффициенты массопередачи равны К1 =1)1/61 и К2 =02182, где >1, /)2, 51, 2 - коэффициенты диффузии и поперечные размеры пленок соответствующих фаз (см. рис. 4.1). Пленочная теория не дает методов для определения толщин пленок 5, и 62, которые зависят от физико-химических свойств жидкостей и гидродинамических условий протекаемых процессов. [c.173]

Модель массопередачи в системах с химической реакцией на базе двупленочной теории Уитмана — Льюиса [И, 12] была разработана Хатта [13] и Позиным [14]. Модель Хатта — Позина использовалась для описания процесса хемосорбции многими исследователями, и в некоторых частных случаях ее применение дает удовлетворительные результаты [15—18]. Тем не менее очевидно, что использование классической двупленочной теории [19] применительно к процессам хемосорбции на сферической границе раздела фаз не может дать надежных методов расчета аппаратуры. [c.231]

Из опытов Льюиса следует, что интенсивнбсть массообмена в экстракционной системе может соответствовать ожидаемой только тогда, когда не возникает спонтанная турбулентность или не происходит реакция на поверхности контакта фаз. В системах, в которых возникают эти явления, при соответствующих температурах можно получить полное изменение величины отдельных сопротивлений и их соотношений, в связи с чем поведение системы может не согласоваться с теоретическими предположениями. Так например, если вынужденная турбулентность мала и сопротивление массопередачи значительно превышает сопротивление реакции на поверхности фаз, то коэффициенты—опытный и вычисленный—могут быть бя зк друг к другу. При росте вынужденной турбулентности сопротивление массопередачи может настолько уменьшиться, что главная роль перейдет к сопротивлению химической реакции, и тогда коэффициенты—онытный и вычисленный—могут очень сильно различаться по своей величине. [c.83]

Существующие теории массопередачи ставят своей целью дать выражения для коэффициентов массопередачи или представить их как функции частных коэффициентов массоотдачи по каждой из фаз. Сюда относятся двухпленочная теория Льюиса и Уитмена, в соответствии с которой предполагается, что на границе раздела фаз со стороны, каждой фазы образуются ламинарные пленки, в пределах которых сосредоточено основное сопротивление массопе-ренЬсу, а коэффициент массоотдачи пропорционален коэффициенту диффузии в первой степени. [c.343]

Согласно этой теории пленки (Льюис и Уитман коэффициенту массопередачи компонента А (Р ) формально приписывается смысл коэффициента стационарной диффузии через пленку толщиной б, т. е. Рд = О [c.162]

Внимание, привлеченное результатами теоретического анализа преимущества прямотока перед противотоком жидкости на смежных тарелках, проведенное Киршбаумом и Льюисом в 1935 г., не получило широкого использования в промышленности из-за необоснованной идеализации ими структуры потока жидкой и паровой фаз моделью идеального вытеснения. Нами была составлена структура комбинированной математической модели потока жидкости для трех смежных тарелок и получена оригинальная усредненная структура М-й тарелки при прямотоке и противотоке жидкости [1], [2]. Аналитическое решение систем уравнений массопередачи для двух вариантов движения жидкости, при условии полного перемешивания пара, позволило получить зависимости КПД аппарата для них. Из проведенного анализа параметрической чувствительности эффективности прямотока и противотока следует, что усилия ученых и конструкторов, работающих в области интенсификации массообменных тарельчатых агшаратов не дадут желаемого результата при противоточном движении жидкости на тарелках. Поэтому при конструировании барботажных аппаратов с переливом необходимо сочетание идеальной структуры пенного слоя на тарелках (идеальное вытеснение) о однонаправленным движением жидкости на них. Проектный расчет числа тарелок по разделению смеси аце-гон-вода этанол-вода на Уфимском заводе синтетического спирта показал, что при однонаправленном движении жидкости число тарелок снижается на 30,,.50%. [c.171]

Имеется несколько теорий массообмена. Одной из них является двухпленочная теория массопередачи, развитая Льюисом и Уитманом. Основные положения двухпленочной теории следующие [c.50]

Связь между коэф. массоотдачи в фазах и коэф. массопередачи находят на основе двухпленочной модели Льюиса и Уитмена. Предполагают существование двух тонких концентрац. слоев вблизи границы раздела фаз ( пленочная модель) и принимают условия равновесия на границе раздела фаз, хорошо подтвержденное многочисл. экспериментами. [c.656]

Наблюдение Льюиса и Пратта стимулировало дальнейшие исследования главным образом потому, что оно было сделано ири изучении массопередачи при экстракции в системе жидкость — жидкость. Было показано, что подобные явления могут существенно влиять на скорость массопередачи в любых процессах, где имеется свободная межфазная поверхность. С этих пор исследование их природы, условий возникновения и влияния на массопередачу стало первостепенно важныл . [c.207]

В работе В. Ювекара и М. Шарма [195] получены и систематизированы расчетные формулы для определения высоты насадочного, барботажного или комбинированного слоя, в котором протекает массопередача с необратимой химической реакцией. Рассмотрена работа аппаратов в предельных гидродинамических режимах. Оригинальным разделом работы следует считать кинетический анализ газожидкостных реакторов полупериоди-ческого типа с механическим перемешиванием, учет изменения давления по высоте барботажного реактора (по линейному закону), разработку приближенного аналитического метода расчета числа тарелок (так называемый модифицированный метод Льюиса). Однако последний включает в себя допущение о линейном изменении концентрации передаваемого компонента по высоте слоя на тарелке указанное ограничение в общем случае неприемлемо. [c.160]

Опыт использования современных алгоритмов расчета, основанных на методе Тилле и Геддеса, показывает, что они обеспечивают устойчивое решение системы уравнений, описывающей термодинамические условия разделения идеальных многокомпонентных смесей, при минимальном числе итераций. Дополнительные затруднения в смысле сходимости расчета возникают при решении еще более сложной и нелинейной системы уравнений, описываю щей реальный процесс разделения, т. е. системы, в которой учи тьшается влияние состава смеси на константы фазового равнове сия, энтальпии и коэффициенты эффективности массопередачи Возможно, что для решения такой системы уравнений более эф фективным окажется применение метода Льюиса — Маттесона Основанием к этому, в частности, является сравнение алгоритмов расчета реального распределения концентраций компонентов в абсорбере по методам Тилле и Геддеса и Льюиса — Маттесона, оказавшееся не в пользу первого [7]. Отметим также работу [8], в которой рассмотрен алгоритм термодинамического расчета разделения многокомпонентных смесей с учетом влияния состава смеси на константы равновесия и энтальпии потоков. Алгоритм основан на методе Льюиса — Маттесона и реализуется в результате одновременного решения общей системы уравнений последовательно на каждой тарелке. [c.276]

По двухпленочной модели, предложенной Льюисом и Уитменом [18,21], предполагается, что на границе раздела фаз в каждой фазе образуется неподвижная или ламинарнодвижундаяся пленка (слой), в пределах которой передача вещества осуществляется путем молекулярной диффузии. Согласно этой модели, пленочные коэффициенты массопередачи пропорциональны коэффициентам молекулярной диффузии в первой степени. Для их расчета необходимо знать концентрацию на границе раздела фаз, которая практически не может быть найдена для большинства встречающихся случаев массообмена в промышленных аппаратах. Поэтому вместо нее использу.ют равновесные концентрации и фактически получают не плсночпкс, а общие коэффициенты массопередачи [3]. Двухпленочная модель, как отмечает В. В. Кафаров [6], может быть использована лишь для анализа процессов, в которых определяющим является лишь движение одной фазы или когда массооб-мен происходит па границе с твердой фазой. [c.96]

Если эффективность использования повышенного давления в процессах, протекающих с уменьшением объема, не вызывает сомнений, то в вопросе о целесообразности применения интенсивных гидравлических режимов реакционной аппаратуры встречаются противоречивые мнения. Согласно широко распространенной среди технологов пленочной теории Льюиса и Уитмана, турбулентная диффузия практически не участвует в массопередаче через пограничную пленку. Массопередача здесь осуществляется якобы за счет лишь молекулярной диффузии, причем коэффициент диффузии, толщина газовой и жидкой пленки по Льюису и Уитману не зависит от гидродинамических условий процесса. [c.8]

Массопередача через плоскую границу. Строго говоря, этот случай может реализоваться только в идеализированных условиях, например при изучении массопередачи в диффузионных ячейках Льюиса или подобных им приборах, которые широко используются для исследований механизма процессов массообмена и химических реакций при экстракции. В них массопередача осуществляется через плоскую, относительно спокойную и потому слабообновляемую границу раздела фаз. В то же время жидкости каждой из фаз достаточно интенсивно перемешиваются мешалками. Лишь при каком-то критическом значении числа Ке для мешалки начавшееся волнение поверхности завершается ее разрывом и образованием эмульсии. Все это указывает на то, что силы межфазного натяжения до этого момента уравновешивают инерционные силы элементов жидкости, т. е. гасят турбулентность, которая развивается в ядрах фаз. [c.163]

Как указывалось нами ранее [1], основная формула пленочной теории Уитмана—Льюиса, связывающая общий коэффщиент массопередачи с частными, применима лишь в том случае, когда изменение концентрации экстрагируемого компонента происходит лишь в тонких пленках, примыкающих к границе раздела фаз. В этом случае процесс массопередачи можно считать квази-стационарным. Но для мелких капель в случае, когда лимитирующим сопротивлением является сопротивление диспергированной фазы, процесс массопередачи уже не является квази-стационарным. [c.18]

В работе Тура и Марчелло [11] была сделана попытка объединения пленоч ной модели и модели Хигби. Тур и Марчелло, решая уравнение диффузии (17), считают, что толщина концентрационного поверхностного слоя не бесконечно велика, как это предполагалось при выводе уравнения Хигби, а имеет конечную толщину L. Если время контакта фаз ie велико по сравнению со временем, необходимым для того, чтобы фиксированная молекула перешла от поверхности раздела до противоположного края пограничного слоя, то в пограничном слое установится постоянный во времени градиент концентрации и массопередача будет носить стационарный характер. В этом случае пленочная модель Льюиса — Уитмена будет являться крайним случаем модели Тура. Если же время контакта фаз мало, то градиент концентрации в пограничном слое будет меняться во времени. При очень больших временах контакта слоев или, что равноценно, при бесконечно большой толщине пограничного слоя модель Тура переходит в модель Хигби. [c.26]

Связь общего коэффициента массопередачи с частными определяется, как известно, формулой аддитивности двухпленочной теории Уитмана — Льюиса [2, 3]. [c.39]

Последний член в формуле (9) Пратт назвал поверхностным сопротивлением. Никаких прямых кинетических исследований по определению констант скоростей процессов на поверхности раздела фаз Пратт не проводил. В то же время известно, что процессы сольватации, десольватации и т. п. протекают с большой скоростью. Подтверждение своей гипотезы о наличии поверхностного сопротивления для ряда изученных им систем Пратт видит в том, что измеренные частные и общие коэффициенты массопередачи не удовлетворяют соотношениям (6) и (7). Разность между левой и правой частями уравнений (6) и (7) он положил равной поверхностному сопротивлению. Аналогичный прием был применен И. Льюисом [8], а также Кишиневским и Мочаловой [9]. Как будет показано далее результаты, полученные в работах [7—9], являются следствием допущенных авторами методических ошибок при определении частных коэффициентов массоотдачи. [c.42]

Льюис [14] исследовал массопередачу в двухкомпонентных двухфазных системах в мешалке с плоской границей раздела фаз. При этом Льюис исходил из предположения, что коэффициент массоотдачи каждого из компонентов может быть вырансен в виде функции гидродинамических и физико-химических параметров. Соответствующая зависиигость была получена Льюисом экспериментально в виде [c.46]

Планочная теория Нериста-Льюиса-Уитмена предполагает существование неподвияного слоя на границе раздела фаз и приводит к выводу о линейной зависимости между коэ )фициентоы массопередачи и коэффициентом молекулярной диффузии [c.42]

Первой попыткой такого рода была пленочная теория Уитмана и Льюиса [1—2]. В последнее время двухпленочная теория подвергалась серьезной критике. Поэтому некоторые авторы вообще ставили под сомнение возможность и целесообразность ее применения тем более, что до последнего времени не существовало прямых или достаточно обоснованных косвенных методов измерения частных коэффициентов массопередачи. [c.53]

Двухпленочная теория массопередачи была разработана Уитманом и Льюисом по аналогии с теорией растворения [3, 4] применительно к процессам абсорбции, т. е. к границе раздела газ — жидкость. Эта теория основывается на следующих допущениях [c.53]

В большинстве исследований [169—180] сколько-нибудь заметного отклонения от формулы аддитивности не было обнаружено. В тех же случаях, когда это отклонение было существенным (как например, в работах Мюрдоха и Пратта [181], Льюиса [6,42], Кишиневского, Мочаловой [145] и др.), оно обусловливалось методическими ошибками авторов при определении частных коэффициентов массопередачи [ПО]. В более поздних работах эти ошибки не были устранены [164—167]. [c.78]

Следует отметить, что массопередача в каплю в общем случае и при лимитирующем сопротивлении диспергированной фазы является процессом нестационарным и формула аддитивности пленочной теории Уитмана-Льюиса [15, 16] к ней неприменима [17, 18]. В данном случае интенсивность массопередачи удобно характеризовать безразмерной степенью извлечения (насыщения) A t) и локальным (по времени) коэффициентом массопередачи K t), которые определяются соотношениями [c.85]

Процессы и аппараты химической технологии Часть 2 (2002) -- [ c.9 , c.10 , c.24 , c.25 , c.27 , c.31 , c.36 , c.187 ]

Процессы и аппараты химической технологии Часть 2 (1995) -- [ c.9 , c.10 , c.24 , c.25 , c.27 , c.31 , c.36 , c.187 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология