Движение фаз в массообменных аппаратах

Массообменные процессы весьма многообразны. Они отличаются агрегатным состоянием взаимодействующих фаз, характером их движения в аппарате, наличием параллельно протекающих процессов теплообмена. Этим обусловлено большое разнообразие применяемых на практике конструкций массообменных аппаратов. В той или иной степени различаются и методы их расчета. Рассмотрим наиболее распространенные в технике массообменные процессы непрерывные процессы абсорбции и жидкостной экстракции в противоточных аппаратах непрерывную ректификацию бинарных систем периодические процессы с участием неподвижного слоя твердой фазы. [c.42]

При расчете тарельчатых массообменных аппаратов используется ячеечная гидродинамическая структура движения потока жидкости по тарелке [34]. [c.243]

Следует заметить, что этапу проектирования (выбора) технологической схемы предшествует этап конструирования высокоэффективного массообменного аппарата, который, в свою очередь, включает этап конструирования отдельного контактного устройства. Составными элементами этого этапа являются определение параметров математической модели гидродинамики всех типов контактных устройств, а также кинетики процесса массопередачи в зависимости от характера движения жидкости на тарелках колонны (прямоток, противоток и т. д.) и степени перемешивания парового (газового) потока - от идеального вытеснения до полного перемешивания. [c.13]

Все это явилось толчком для многочисленных исследований, направленных на повышение эффективности потребления и преобразования энергии в массообменных аппаратах химических производств с использованием нетрадиционных методов (например, нестационарное движение фаз в ректификационных колоннах и т. д.). [c.209]

Аналогично рассчитывают контур естественной циркуляции, образованной опускным каналом и вертикальным кипятильником, в котором кипение жидкости происходит при ее движении внутри труб или в каналах более сложной формы, например при использовании в качестве кипятильников пластинчатых теплообменных аппаратов. Включение таких кипятильников в циркуляционный контур массообменного аппарата показано на рис. 9.6, [c.345]

В настоящее время для расчета массообменных аппаратов широко используются представления об идеализированных моделях. Чаще всего принимают, что поток жидкости или газа в аппарате можно представить моделью идеального вытеснения или полного смешения. В реальных реакторах режим движения потоков никогда не удовлетворяет полностью этим идеализированным моделям и носит промежуточный характер. Поэтому желательно оценить отклонение реального потока от идеального. [c.157]

В настоящее время разработано большое число контактных элементов, работающих в прямоточном режиме. При этом закрученный поток обеспечивает сепарацию газо- или парожидкостного потока под действием возникающих центробежных сил. На тарелках массообменного аппарата (рис. 2.89) устанавливают колпачок 2 с винтовым завихрителем 1, обеспечивающим вращательное движение газожидкостного потока. Аппарат работает следующим образом. Газ с нижележащей тарелки поступает в патрубок, где инжектирует жидкость с тарелки через щель а и, закручиваясь, поднимается вместе с жидкостью, обеспечивая контакт фаз. Под действием возникающих при этом центробежных сил жидкость отбрасывается к периферии колпачка и отделяется от газа. [c.162]

Для расчета массообменных аппаратов используют также понятие эффективности тарелки по парам с и по жидкости В отличие от КПД тарелки г].,, величина которой всегда меньше единицы, значение эффективности определяется схемой движения потоков на тарелке и может быть как меньше, так и больше единицы. [c.46]

Эффективность насадочных и тарельчатых колонн во многих случаях может быть повышена за счет применения пульсирующих потоков. Существует два способа введения низкочастотных колебаний в массообменные аппараты первый основан на создании возвратно-поступа-тельного движения контактирующих фаз, такие аппараты называются пульсационными] второй предусматривает низкочастотные колебания контактных устройств внутри аппаратов, которые называются вибрационными. [c.323]

Эффективность процесса тепло-массообмена повышается за счет различных скоростей и траекторий движения наружного и внутреннего слоев жидких реагентов. Тепло-массообменный аппарат содержит корпус (1) с коаксиально расположенными друг над другом с зазором верхними (2) и нижними (3) вихревыми трубами, закрепленными в трубных решетках (4-9) и оснащенными закручивающими устройствами (10). Трубные решетки отделяют в корпусе (1) приемную камеру 00 для газа с патрубком ввода газа [c.201]

Многие процессы химической технологии проводятся при движении через трубопроводы и аппараты двухфазных потоков. В этих потоках одна из фаз обычно является дисперсной, а другая — сплошной (дисперсионная среда), причем первая распределена в объеме второй в виде частиц, капель, пузырей, пленок и т. п. Взаимное направление обеих фаз в потоке может быть различным. Например, движение твердых частиц и потока газа при пневмотранспорте, пузырей пара и кипящей жидкости в вертикальных трубках выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (см. главу IX) направлено в одну сторону, т. е. является прямоточным. Во многих других случаях фазы движутся в противоположных направлениях, т. е. их движение противоточное. При противотоке фаз осуществляется, в частности, взаимодействие пленок стекающей вниз жидкости с восходящими потоками газа или пара в пленочных или насадочных абсорбционных и ректификационных колоннах, взаимодействие капель с потоком другой жидкости (сплошной фазой) в полых или насадочных колонных экстракторах (см. главы XI и XII) и т. д. Картина взаимного движения фаз в аппарате в целом или на отдельных его участках часто более сложная, чем при прямотоке или противотоке, например в аппаратах с псевдоожиженным слоем или на тарелках массообменных аппаратов при барботаже (см. главу XI). [c.111]

Физическая картина движения потоков в массообменных аппаратах, как правило, значительно сложнее вследствие перемешивания. В этих аппаратах перемешивание вдоль оси потока обусловлено турбулентной диффузией и разными другими причинами, указанными ранее (см. стр. 120). К числу их относится увлечение одной из фаз некоторой части другой фазы, движущейся противотоком к первой (например, захват брызг жидкости поднимающимися пузырьками газа или пара при барботаже), различие скоростей по поперечному сечению потока, приводящее к байпасированию части потока (в результате каналообразования), образование застойных зон и т. д. [c.419]

Второй способ упрощения, являющийся разновидностью первого, состоит в том, что число пространственных координат сокращается до одной. В качестве модели развития процессов переноса в направлении отброшенных координат принимаются эмпирические закономерности. Обычно это критериальные уравнения, позволяющие определить кинетические коэффициенты тепло- и массообмена и легко выразить объемные источники массы и энергии через параметры системы (2.2.1). Численные значения коэффициентов критериальных уравнений определяются на основе обработки экспериментальных данных или данных имитационного моделирования задач, полученных в приближениях пограничного слоя, с привлечением теории размерностей и подобия. Уравнение движения 3) в системе (2.2.1) исключается, а осевая скорость движения среды усредняется по сечению аппарата. Данный метод нашел широкое применение в инженерном подходе к моделированию теплообменных и массообменных аппаратов и представляется нам едва ли не единственным при построении полных математических моделей динамики объектов химической технологии. Его преимущества видятся не только в том, что при принятых посылках относительно просто достигается численная реализация математического описания, в котором учитываются причинно-следственные связи между звеньями и их элементами, но и в том, что открывается возможность формализации процедуры построения открытых математических моделей химико-технологических аппаратов. Эта процедура может быть выполнена в виде следующего обобщенного алгоритма. [c.36]

В основу классификации массообменных аппаратов положен принцип образования межфазной пов-сти 1) аппараты с фиксированной пов-стью фазового контакта к этому типу относятся иасадочные и пленочные аппараты, а также аппараты (для сушки, с псевдоожижением), в к-рых осуществляется взаимод, газа (жидкости) с твердой фазой 2) аппараты с пов-стью контакта, образуемой в процессе движения потоков среди аппаратов этого типа наиб, распространены тарельчатые, для к-рых характерно дискретное взаимод. фаз по высоте аппарата к этому классу следует также отнести иасадочные колонны, работающие в режиме эмульгирования фаз, и аппараты, в к-рых осуществляется М. в системе жидкость-жидкость (экстракция) 3) аппараты с внеш. подводом энергии - аппараты с мешалками (см. Перемешивание), пульсационные аппараты, вибрационные (см. Вибрационная техника), роторные аппараты и др. [c.658]

ДВИЖЕНИЕ ФАЗ В МАССООБМЕННЫХ АППАРАТАХ [c.48]

Решение задачи массообмена между частицами твердой фазы и потоком обтекающей их сплошной среды предполагает, что относительная скорость движения взаимодействующих фаз известна. Однако в массообменных аппаратах с подвижной дисперсной фазой относительная скорость движения фаз часто оказывается сложной функцией процесса их динамического взаимодействия. [c.48]

Уравнения (1.93) и (1.94) не могут быть решены в общем виде для условий движения и взаимодействия фаз в промышленных массообменных аппаратах. [c.51]

Из-за трудности детального анализа движения дисперсной и сплошной фаз в реальных массообменных аппаратах принимают предельные, наиболее простые модели движения фаз — идеальное вытеснение или полное перемешивание. [c.62]

Массообменные процессы, широко используемые для очистки веществ и разделения смесей, весьма многообразны. Они различаются агрегатным состоянием взаимодействующих фаз, характером их движения в аппарате, наличием параллельно протекающих процессов теплообмена. Этим обусловлено большое разнообразие применяемых на практике массообменных аппаратов. В той или иной степени различаются и методы их расчета. В данной (лаве рассмотрены наиболее распространенные массообменные процессы абсорбция, десорбция и жидкостная экстракция в иротивоточных колоннах, непрерывная ректификация бинарных и многокомпонентных систем, периодическая адсорбция в аппаратах с неподвижным слоем сорбента. [c.87]

В массообменных аппаратах ступенчатого типа (например, в вертикальных аппаратах с горизонтальными перегородками-тарелками) в каждой ступени происходит взаимодействие фаз (см. разд. 16.53), а по выходе из ступени-их разделение. Проведение процесса при непрерывном и ступенчатом взаимодействии фаз существенно зависит от направления относительного движения фаз (прямоток, противоток и др.) и гидродинамической структуры их потоков. [c.12]

Движущей силой процесса массообмена является разность концентраций вещества, переходящего в данной фазе и в состоянии равновесия с другой (контактирующей) фазой. Величина А зависит от физико-химических свойств веществ, участвующих в массообмене, и от схемы их относительного движения (прямоток, противоток, перекрестный ток и т, д.). Коэффициент массопередачи определяется еще, кроме того, гидродинамической обстановкой в массообменном аппарате и связан, следовательно, с конструкцией последнего и его рабочим режимом. [c.422]

Движущей силой процессов массообмена является положительная разность между рабочей и равновесной концентрациями (или наоборот) переходящего вещества в любой фазе у — Ур (или Ур — у) либо х — Хр (или Хр — х). В промышленных аппаратах эти процессы протекают чаще всего при противотоке, реже — при прямотоке контактирующих фаз. В обоих случаях указанные разности редко постоянны, а обычно непрерывно изменяются вдоль межфазной поверхности, поскольку непрерывно и по-разному изменяются сами концентрации у и х. Для анализа и расчета процессов массообмена на основе общего уравнения массопередачи (1Х.1) необходимо знать среднюю движущую силу (или среднюю разность концентраций) или А,,. Для нахождения этой величины рассмотрим массообменный аппарат со встречным движением двух фаз (газ—жидкость или жидкость—жидкость), массовые расходы которых составляют [c.448]

Уравнения (IX.7) и (IX.8) для средней движущей силы процесса массообмена были получены применительно к идеальному противотоку контактирующих фаз, предполагающему движение каждой из этих фаз в режиме идеального вытеснения. Тогда массообменный аппарат работает с наибольшим градиентом концентраций по направлению потоков (по высоте аппарата) и, следовательно, с максимальной движущей силой. Движение встречных потоков в реальных аппаратах происходит, однако, с большим или меньшим отклонением от режима идеального вытеснения. Это отклонение вызвано различными причинами перемешиванием каждой фазы вдоль оси потока вследствие турбулентной диффузии, захватом частиц одной фазы встречным потоком другой фазы, неравномерным профилем скоростей в сечении каждого потока, наличием застойных зон и др. Результатом этих отклонений является падение градиентов концентраций обеих фаз по высоте аппарата и, следовательно, уменьшение средней движущей силы процесса массообмена и снижение массообменной способности (эффективности) аппарата. Количественно влияние отклонения контактирующих потоков от идеального противотока на величину движущей силы процесса массообмена оценивается с помощью эмпирических зависимостей, устанавливаемых для каждого массообменного аппарата в зависимости от его конструкции и агрегатного состояния встречных потоков и режима их движения. [c.450]

Ректификация и абсорбция осуществляются при помощи массообменных аппаратов, конструкция которых зависит от технологической схемы, относительного движения газа и жидкости и способа образования поверхности контакта фаз. Схема аппарата. определяется в первую очередь его назначением, условиями рекуперации тепловой энергии и многими другими факторами. [c.12]

Наиболее простое конструктивное оформление многоступенчатого аппарата достигается в том случае, когда движение жидкости по ступеням контакта происходит под действием силы тяжести. При этом контактные устройства (тарелки) располагаются по вертикали одно над другим и массообменный аппарат выполняется в виде колонны. [c.13]

Описанная классификация противоточных массообменных аппаратов представлена на рис. 1.3, схемы относительного движения потоков — на рис. 1.4. Классификация массообменных аппаратов по относительному движению фаз удобна тем, что она выделяет главные, наиболее характерные признаки процесса, определяющие гидродинамическую обстановку в аппарате, производительность и эффективность массопередачи. Так, на основе приведенной классификации можно проследить за непрерывным увеличением производительности различных аппаратов при сохранении практически одинаковой эффективности массопередачи с переходом от противоточных к вихревым контактным устройствам. [c.13]

Турбулентная диффузия является следствием турбулентных пульсаций частиц потока, т. е. представляет собой чисто гидродинамическое явление. Для оптимальных условий работы массообменных аппаратов характерны режимы движения с изотропной турбулентностью, когда пульсации частиц одинаковы во всех направлениях. В качестве характеристики турбулентного потока используют путь смешения или масштаб турбулентности Ь и среднюю пульсационную скорость частиц потока и. Произведение этих величин по аналогии с молекулярной диффузией определяется как коэффициент турбулентной диффузии [c.47]

Поперечная неравномерность потоков в массообменных аппаратах в настоящее время изучена еще очень мало и поэтому для параметров комбинированных математических моделей —см. уравнение (4.17) — необходимо принимать в первом приближении следующие ориентировочные значения. Для контактных устройств с перекрестным и перекрестно-прямоточным движением фаз / = 0,1 и й = 0,3 0,6 [11. При данных значениях параметров общий объем застойных зон оказывается равным Fi/У = 0,15- 0,28. [c.153]

Особое внимание, уделяемое массопередаче в перекрестном токе, объясняется наиболее широким применением в промышленности конструкций массообменных аппаратов, реализующих перекрестное движение фаз. [c.178]

Пленочные безроторные аппараты уже получили достаточно широкое распространение. Гораздо менее известны роторно-пленочные тепло- и массообменные аппараты. Жидкая фаза протекает через такой аппарат или отдельную его ступень в виде жидкостной пленки, как в пленочных безроторных аппаратах. В то же вре(мя на обе фазы или на любую одну из них накладывается вращательное движение, передаваемое от специального вращающегося устройства — ротора. [c.7]

Масштабирование массообменных аппаратов. Аппараты, в которых основным процессом является массоперенос, масштабировать очень трудно. Большие сложности вызывает сохранение гидродинамического подобия, поскольку в этом случае приходится иметь дело с двухфазным потоком. Критерии подобия движения фаз различны и при использовании одних и тех же веществ в модели и образце приводят к противоречивым условиям увеличения масштаба. Большое разнообразие массообменных аппаратов не дает возможности вывести общие правила масштабирования, поэтому мы ограничимся примером повышения масштаба абсорбционной колонны с насадкой. Движение газа в колонне обусловлено разностью давлений на входе и выходе. Критерий Рейнольдса, отнесенный к эффективному диаметру насадки dz и массовой скорости газа G, характёризует подобие движения потоков [c.456]

Вертикальное расположение колонных аппаратов, обусловившее их название (колонны), диктуется экономией производственных площадей, простотой внутри- и межагрегатных коммуникаций, а также рациональной организацией взаимодействующих потоков в самих аппаратах (движение тяжелой фазы вниз, легкой — вверх). Значительно реже применяются горизонтальные тепло- и массообменные аппараты, особенно секционированные. Областью их преимущественного использования являются процессы высушивания и обжига (барабанные сушилки, обжиговые печи). В отдельных производствах встречаются также барабанные кристаллизаторы, абсорберы, экстракторы, ректификаторы и химические реакторы. [c.14]

Ряд ректификационных аппаратов и испарителей работают с использованием центробежной силы, которая служит для развития поверхности контакта фаз и организации направленного движения кидкостн [17]. Общий недостаток центробежных массообменных аппаратов — относительная сложность конструкции, поэтому нх, как правило, применяют в тех случаях, когда обычные ректификационные колонны не дают желаемого результата. В основном их применяют для процессов дистилляции под вакуумом и обработки высоковязких жидкостей. [c.163]

Скорости фаз не должны превышать з 1ачений, при которых происходит нарушение их противоточного движения, называемое захлебыванием аппарата. Методы расчета предельных скоростей зависят от типа массообменного аппарата. Зная скорость захлебывания одной из фаз, прн заданном соотношении расходов фаз можно определить минимально допустимый диаметр колонны. Диаметр колонны, больший минимального, выбирается нз стандартного ряда диаметров колонных аппаратов (гл. VI, раздел 1.4) так, чтобы скорости фаз составляли 50—80 % от скоростей захлебывания. [c.48]

Использование математической модели для исследования эффективности массообмена тарельчатых аппаратов с учетом реальной структуры потоков взаимодействующих фаз позволяет сделать вывод о том, что весьма перспективным направлением в области конструирования барботажных аппаратов с переливом является разработка и совершенствование массообменных аппаратов с однонаправленным движением жидкости на смежных тарелках. [c.201]

Дильман В. В., О расчете массообменных аппаратов с учетом эффектов продольного перемешивания и схема движения потоков при линейной равновесной зависимости. Теоретические основы хим. техн., 1, № 1, 100 (1967). [c.577]

Пользуясь зависимостями (Х,64)—(Х,67), можно сопоставить различные виды взаимного направления движения фаз. Из них наиболее выгодным является тот вид тока, при котором необходима меньшая высота аппарата, т. е. меньше (при одинаковых ф и А), или достигается более глубокое извлечение, т. е. больше ф (при одинаковых п у и А). Сравнение показывает, что при прочих равных условнях большие значения ф или меньшие значения п у достигаются при противотоке. Поэтому по принципу противотока работает большинство массообменных аппаратов. [c.418]

Для пользования методом кинетической кривой необходимо знать вели-чииу Е, (пли ,). Обычно массообменный аппарат, состоящий из последовательно соединенных ступеней, работает в целом по принципу противотока, однако на ступенях возможно любое (но, как правило, одинаковое) взаимное направление движения фаз — прямоток, противоток, перекрестный ток и т. д. Величина Е зависит от взаимного направления движения фаз и степени перемешивания каждой фазы на ступени (тарелке). [c.428]

На втором этапе концепции предусматривается дополнительный тех1гологический прием повышения эффективности вновь разработанных массообменных аппаратов и включает использование нового способа ректификации с нестационарным (циклическим) движением жидкости, начиная с верха колонны до куба, без значительных капитальных затрат к использованием ЭВМ для подачи управляющего сшнала па регулирующий клапан подачи флегмы и питания в колонну [c.169]

Для характеристики теплообменников авторы пользуются понятиями эффективности (к. п. д.) теплообменника е и числом единиц переноса тепла N111 по аналогии с массообменными аппаратами. Это позволяет в ряде случаев дать прямое решение задачи, избегая необходимости в последовательных приближениях, к которым приходится прибегать при использовании среднелогарифмической разности температур с соответствующими поправочными коэффициентами, учитывающими характер относительного движения теплоносителей в многоходовых теплообменниках. Сопоставление двух методов расчета, проведенное в книге, дает представление о преимуществах первого из них. [c.3]

На барботажной тарелке интенсивность взаимодействия фаз зависит от скорости движения потоков, площади поверхности раздела и определяется как конструкцией контакгного устройства, так и режимными параметрами работы массообменного аппарата и физическими свойствами смеси. [c.126]

Каждое из приведенных вьпие устройств может рассматриваться как самостоятельный массообменный аппарат. Комбинация таких устройств представляет собой сеть аппаратов (хотя конструктивно они могут бьггь объединены общим корпусом). Сети различаются способом соединения отдельных устройств (аппаратов) потоками фаз. Очень часто в целях повышения движущей силы процесса реализуют противоточное движение фаз между устройствами (рис.10.3,е-/), хотя в каждом отдельном устройстве возможен иной СКК (прямоток, идеальное перемешивание фаз и др.) в результате получается ступенчатый противоток фаз. Встречаются также сети аппаратов со ступенчатоперекрестным движением фаз (рис.10.3,е- ). [c.748]

Такими эффективными массообменными аппаратами являются насадочные и тарельчатые колонные аппараты. В насадочнык аппаратах развитая поверхность контакта фаз создается за счет использования различных насадочных тел, образующих при соответствующей укладке в аппарате систему извилистых каналов, которые имеют достаточно большую поверхность — примерно 80-700 м на 1 м объема рабочей зоны аппарата. Жидкость движется по поверхности каналов преимущественно в виде тонких 1шенок (0,1-5 мм), а газ занимает все оставшееся свободное пространство, объем которого также достаточно велик и составляет 70-96 % объема рабочей зоны аппарата. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается, а жидкость при этом перемешивается. На нижележащем элементе насадки образуется новая пленка. Структура потоков газа и жидкости в аппарате достаточно близка к поршневому противоточному движению. [c.27]

И. Н. Фиклистовым и Г. А. Аксельрудом [200—2031 были изучены два практически важных случая интенсификации внешнего массообмена с помощью низкочастотных механических колебаний (рис. 7.2, а п в). Здесь, как и во многих других работах, внешний массообмен в условиях экстракционного процесса имитировался растворением солей из числа тех, которые растворяются по диффузионному механизму. В первом случае колебательное движение совершал аппарат с жидкостью, содержащей взвешенные твердые частицы (рис. 7.2, а). Сложность расс.матриваемой ситуации определяется сочетанием двух режимов — инерционного режима вследствие колебаний жидкой среды и взвешенного состояния (см. раздел 1.4). Образуем безразмерный параметр - [c.211]

В многоступенчатом массообменном аппарате взаимодействие газа и жидкости на каждой ступени может происходить в противотоке, прямотоке или в перекрестном токе фаз. Схема относительного движения потоков на контактном устройстве зависит от способа подачи на него газа и жидкости, условий взаимодействия и способа их отвода из зоны контакта. Наиболее эффективные конструкции контактных устройств сочетают одновременно несколько принципов относительного движения фаз — перекрестного и противоточного (перекрестно-противоточное движение), перекрестного и прямоточного (перекрестнопрямоточное движение). Еще более сложное относительное движение потоков осуществляется на вихревых контактных устройствах — с круговым, вращательным движением потоков. [c.13]

Массоотдача при ламинарном движении жидкости. Массоотдачу при ламинарном режиме движения жидкости можно рассчитать путем совместного решения уравнений переноса массы (I. 147) и количества движения (I. 142) с учетом начальных и граничных условий. Такое решение возможно, если жидкость ограничена фиксированной поверхностью. Даже для случаев, когда эта поверхность имеет простую форму, аналитическое решение оказывается возможным при введении ряда упрощающих допущений. Ниже рассматривается массоотдача от стенки к жидкости при движении последней в плоском и цилиндрическом каналах, а также при обтекании сферической частицы. С массоотдачей к жидкости, движущейся в плоском и цилиндрическом каналах, приходится иметь дело при расчете различных теплообменных и массообменных аппаратов, Массоотдача при обтекании сферических частиц встречается во многих процессах массопередачи — экстракции, ректификации, выщелачивании, распылительной сушке и т, д. [c.414]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология