Массообмен в аппаратах с мешалками

Проектирование химических реакторов—одна из важнейших и труднейших задач, с которыми встречается инженер-химик. Химический реактор, помимо чисто кинетических аспектов, одновременно является и теплообменником и массообменным аппаратом, и ему часто присущи некоторые черты устройств для перемещения потоков и транспорта твердого материала. Приходится нередко обеспечивать контакт между твердой, жидкой и газовой фазами, применять мешалки и другие подобные устройства, а также вести реакцию в условиях высоких температур и давлений. Возникают серьезные проблемы, связанные с контролем процесса. Наконец, требуется самый тщательный экономический анализ, чтобы получить максимум продукции нужного качества с минимальными производственными затратами. [c.9]

Рассматриваемая модель, впервые предложенная для каскада реакторов с мешалками, описывает состояние потока в секционированных колоннах, между секциями которых нет рециркуляционных потоков, а внутри каждой секции достигается полное перемешивание. Модель можно использовать в расчетах тепло- и массообменных аппаратов и химических реакторов. [c.116]

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]

Еще одной причиной масштабного эффекта может оказаться изменение коэффициента продольного турбулентного перемешивания, что имеет место в случае таких конструкций массообменных аппаратов, в которых при увеличении общих размеров пропорционально возрастают и размеры каких-либо внутренних элементов. Например, в аппаратах с мешалками расстояние между перегородками, определяющее масштаб пульсации, повышается при увеличении диаметра аппарата. [c.78]

В химической технологии и смежных отраслях промышленности имеют широкое распространение аппараты, представляющие собой несколько последовательно соединенных одинаковых элементов, в каждом из которых вещество потока интенсивно перемешивается. Это может быть последовательность (каскад) аппаратов с механической мешалкой в каждом из них (рис. 1.58), или секционированный аппарат с псевдоожижен-ными слоями дисперсного материала в каждой из последовательных секций, или тарельчатый массообменный аппарат с перемешиванием фаз вследствие энергичного барботажа пузырьков газа или пара через слой жидкости на каждой тарелке. Поведение потоков в аппаратах такого рода часто можно представить в виде так называемой ячеечной модели полного перемешивания. [c.141]

В случае гетерогенных реакций, при проведении которых на ход процесса влияет массообмен через межфазную поверхность, достижение одинаковых скоростей реакции требует дополнительного соблюдения равенства межфазной поверхности, рассчитанной на единицу объема реакционной системы. При разборе масштабирования аппаратов с мешалками было показано, что для выполнения этого условия необходимо сохранить геометрическое подобие аппаратов и равенство расхода мощности на перемешивание в расчете на единицу объема системы. При этих предположениях трудно соответствующим образом повысить интенсивность теплообмена в образце и практически возможен некоторый отход от геометрического подобия с целью увеличения поверхности теплообмена в аппарате большего масштаба. - [c.472]

В первом случае массообмен происходит ступенчато. При продолжительном контакте и хорошем перемешивании система в каждой ступени приближается к состоянию равновесия. Во втором случае массообмен в экстракционной колонне происходит непрерывно, но в менее выгодных условиях, чем в аппарате с мешалкой, благодаря ограниченной интенсивности перемешивания и сравнительно короткому времени контакта фаз. Применение того или иного метода экстрагирования зависит от физико-химических [c.91]

Математическое описание жидкофазных реакционных процессов в проточных реакторах с мешалками. Такие аппараты являются одними из самых распространенных типов реакторов в химической промышленности. Протекающие в них процессы характеризуются совокупностью химических, гидродинамических, массообменных и тепловых процессов. [c.64]

При анализе механизма массопередачи в однофазном потоке было показано, что аналогия между трением, тепло- и массообменом возможна только при числах Ргд = 1, т. е. для газов. Для капельных жидкостей, для которых величина Ргд порядка 10 , такая аналогия не соблюдается. Поэтому показатели степеней при числах Яе и Рг не могут быть предсказаны и их значения в уравнении (III, 228) должны устанавливаться опытным путем. Если в диффузионном аппарате подводится дополнительная энергия (аппараты с мешалками, ротационные аппараты и т. п.), то в фактор / должна быть введена величина, учитывающая этот дополнительный подвод энергии. Дополнительный подвод энергии, выраженный через работу, сообщаемую жидкости в единице объема, может быть представлен в виде соотношения [c.249]

Аппаратура для проведения массообменного процесса весьма разнообразна. Сюда относятся колонны тарельчатые (колпачковые, ситчатые, с направленными прорезями и др.), насадочные, колонны с орошаемыми стенками, колонны полочные и распылительные, аппараты инжекционного (струйного) типа, аппараты с механическими мешалками, пульсационные колонны, центробежные аппараты и др., описание которых см. в литературе, например [72]. [c.304]

Плановский А. И., Михайлов Г. Г., Карасев И. Н. Исследование структуры потоков перемешиваемой жидкости радиально-лопастными мешалками. Массообмен-ные процессы и аппараты химической технологии. М. МИХМ, 1976, вып. 69, [c.400]

Процессы адсорбции в аппаратах с перемешиванием, как правило, проводят при скоростях вращения мешалки, обеспечивающих полное суспендирование частиц твердой фазы, поскольку при этом вся поверхность зерен адсорбента участвует в массообмене. Взвешивание зерен твердого материала, находящихся на дне аппарата, происходит под действием подъемной силы, обусловленной разностью скоростей обтекания частицы на нижней и верхней ее гранях. После отрыва от дна частицы увлекаются потоками жидкости и находятся в объеме аппарата-во взвешенном состоянии. Важным условием нормальной работы аппаратов непрерывного действия с перемешиванием является равномерное распределение частиц твердой фазы в жидкости, так как только в этом случае зерна адсорбента пребывают в аппарате заданное по технологическим условиям время. В результате обработки многочисленных экспериментальных данных установлено, что существует оптимальная частота вра- [c.177]

МАССООБМЕН В АППАРАТАХ С МЕШАЛКАМИ [c.291]

Массообмен в аппаратах с мешалками происходит, как правило, в дисперсных системах, причем сплошной фазой является жидкость, а дисперсной фазой может быть жидкость, газ или твердое тело. [c.308]

Тепло- и массообмен в аппаратах с мешалками [c.325]

Данных о массопереносе вещества из газа в жидкость в аппаратах с принудительной циркуляцией газожидкостной смеси очень мало. Более или менее обстоятельно массообмен изучен лишь в аппарате с винтовой мешалкой в циркуляционном стакане. Установлено, что при оптимальном, с точки зрения авторов [30], отношении = 0,62 существуют два режима работы аппара- [c.528]

Несмотря на большую разновидность аппаратов для проведения энерго-, массообменных и реакционных процессов, все они имеют типичные недостатки, о которых можно судить на примере самого распространенного из них — аппарата с мешалкой. [c.591]

В статье И. А. Гильденблата, А. И. Родионова и Б. И. Демченко [199] также подтверждается значение 2 = 0,5, причем для принципиально различных типов массообменных устройств аппарата с мешалкой и пленочной колонны. При этом физико-химические свойства жидкости варьировались в широких пределах. Суммируя изложенное, можно с достаточной степенью надежности принять, [c.66]

Наиболее общее выражение ддя расчета коэффициента массоотдачи в аппаратах с мешалками получено на основе предположения, что решающую роль во внешнем массообмене выполняет разрушение пограничного слоя мелкомасштабными турбулентными пульсациями [8, 9] [c.445]

Наиболее близко этой модели отвечает поток в реальном каскаде аппаратов с мешалками (рис. П-38, а). Применение ячеечной модели дает хорошие результаты также для массообменных аппаратов ступенчатого типа, например для тарельчатых колонн, описанных в главах XI и XIII, и для других аппаратов, секционированных по ходу потока. [c.124]

На рис. 3.6 показан результат сравнения величины (Sh—1)/S s рассчитанной по формуле (5.4) (сплошная линия), с экспериментальными данными по массопереносу к частицам, взвешенным в аппаратах с мешалками, при разных числах Рейнольдса Re и Шмидта Se. Штриховая линия соответствует эмпирической зависимости, предложенной Левинсом и Гластонбери [1551 на основании собственных экспериментов, точками представ--лены экспериментальные данные Харриотта [142]. Видно, что, несмотря на сделанное при выводе зависимости (5.4) предположение о малости чисел Рейнольдса, она хорошо согласуется с экспериментальными данными вплоть до значений Re = 10 , а при Re 10 дает слегка заниженный результат, как это и следовало ожидать, по аналогии с данными по влиянию числа Рейнольдса на массообмен частицы с поступательным потоком ( 2). Таким образом, зависимость (5.4) можно рекомендовать для практических расчетов скорости массопереноса к частицам, взвешенным в турбулентном потоке жидкости, в широком диапазоне чисел Пекле и Рейнольдса. [c.109]

Кнойле [104 ] на основе результатов исследования растворения частиц твердого тела в жидкости рекомендует проектировать для этой цели аппараты с мешалками на минимальное число оборотов, требуемое только для создания суспензии, поскольку дальнейшее увеличение числа оборотов оказывает уже незначительное влияние на массообмен в такой системе. Это утверждение можно будет понять, если сравнить формулы, определяющие мощность, расходуемую на перемешивание, и массоотдачу. При турбулентном режиме мощность, расходуемая на перемешивание, возрастает пропорционально кубу числа оборотов, тогда как интенсивность массообмена — только в степени 0,5—1, т. е. намного медленнее. Поэтому значительное увеличение числа оборотов мешалки сверх минимальной скорости вращения, требуемой для создания взвеси, не оправдывает себя. [c.141]

Часто такой же массообмен осуш ествляется в других аппаратах, главным образом в колонных, в процессах абсорбции, ректификации и экстракции. В настоящее время для колонных аппаратов выполнено очень большое количество экспериментальных исследований, целью которых было определение коэффициентов массоотдачи и массопередачи, а также получение корреляционных уравнений для вычисления этих коэффициентов. К сожалению, полученные уравнения нельзя использовать для аппаратов с мешалками, так как они действуют иначе, чем полочные аппараты. На полке колонны перемешивание жидкости происходит благодаря кинетической энергии движущегося потока, например газа, в то время как в аппарате с мешалкой перемешивание обусловлено подводом механической энергии извне с помощью мешалки. Диспергирование одной из фаз в аппарате с мешалкой также протекает иначе. В колонне это обычно происходит на соответствующим образом перфорированной перегородке (полке), тогда как в аппарате с мешалкой — в основном благодаря работе мешалки. Дополнительную трудность представляет определение скорости фаз в аппарате с мешалкой. Поле скорости жпдкости здесь очень сложное, и единственной величиной для сравнения в этом случае может служить окружная скорость конца лопаток (лопастей) мешалки. Дополнительную трудность в обобщении экспериментального материала для аппарата с мешалкой вызывает таклче большое количество конструктивных вариантов этих аппаратов. [c.308]

Основные исследования коэффициентов массопередачи в системе жидкость—жидкость многими учеными сначала проводились в так называемых диффузионных ячейках [12, 27, 77], где точно определена межфазная поверхность процесса и относительная скорость движения обеих фаз. На рпс. 1-13 представлен такой аппарат Левп [42]. Поверхность раздела фаз имеет форму кольца и расположена между перегородками 9 и 10. У каждой мешалки свой привод, поэтому можно регулировать турбулентность в обеих фазах. Массообмен может осуществляться в неустановившемся, периодическом процессе или, в случае течения двух фаз, в непрерывном процессе. [c.326]

Механическое перемешивание в системах жидкость—газ обычно осуществляется при проведении процессов, скорость которых лимитирована массообменом в сплошной фазе, т. е. при абсорбции т руд-норастворимых газов. В этом случае основное сопротивление массопередаче оказывается в сплошной фазе. При чисто физической абсорбции мешалки обычно не используются. Чаще их применяют для систем, в которых абсорбция сопровождается химической реакцией. Вероятно, это обусловлено малой растворимостью газа в жидкости, а при химической реакции растворимость газа возрастает в несколько раз. Типичные случаи перемешивания систем жидкость—газ — это процессы гидрирования, хлорирования, ферментации, биологической очистки воды и т. п. Необходимо отметить, что для многих химических реакций с малыми скоростями требуется длительное время контакта (пребывания), что легко может быть осуществлено в аппарате с мешалкой. Перемешивание дает возможность создания большой межфазной поверхности. Это вызывает значительное повышение коэффициентов массопередачи, рассчитанных на единицу объема, [c.328]

Массообмен между твердым и жидкостью может быть реализован во множестве аппаратов, из которых аппарат с мешалкой обладает несомненными преимуществами по интенсивности воздействий на взаимодей-ствуюшце фазы. [c.594]

Энергетич. затраты на массообмен чаще всего определяются изменением кинетич. в потенц. энергии каждой из фаз. В ряде случаев для повышения интенсивности массообмена (в системах газ — жидкость, жидкость — жидкость, жидкость — тв. тело) подводится дополнит, внеш. энергия, напр, в аппаратах с мех. мешалками (см. Перемешивание), в пульсационных аппаратах, вибрац. колоннах я пленочных аппаратах. [c.314]

Наибольшее распространение получили аппараты идеального смешения с охлаждением расплава через теплоотводящие поверхности. Это емкостные аппараты, которые снабжаются охлаждающими рубашками или змеевиками. Суспензии в таких аппаратах перемешиваются различными устройствами (рис. 14.1.1.5). Могут быть использованы рамные, якорные, лопастные или пропеллерные мешалки. Ингенсивное перемешивание позволяет повысить теплоотдачу от кристаллизующейся смеси к хладагенту, улучшить массообмен между кристаллом и маточной жидкостью. В то же время интенсивное перемешивание препятствует росту крупных кристаллов и как следствие приводит к снижению эффективности на стадии отделения кристаллов от маточника. [c.305]

Обработка результатов с целью оценки степени дисперсности эмульсии в каждом случае и сравнение между собой различных режимов показали, что величина удельной поверхности фазового контакта, возникающей в струйном экстракторе, значительно выше, чем в аппарате с механической мешалкой и в трубчатом экстракторе. В результате исследования гидродинамики эжекцион-ного смешения можно заключить, что струйный аппарат должен быть высокоэффективным экстрактором, так как интенсивное турбулентное смешение рабочей и подсасываемой жидкостей приводит к образованию развитой поверхности фазового контакта в течение чрезвычайно малого времени. Из-за свободной турбулентности массообмен между жидкостями должен протекать весьма быстро. [c.344]

Простейшей формой непрерывного процесса является непрерывный зкерго- или массообмен в потоке. Однако в химической технологии до сих пор еще распространены и периодические процессы (переработка отдельных партий). Они применяются для получения большинства промежуточных продуктов, красителей,. чекарственных веществ, моющих и вспомогательных материалов (для текстильной промышленности), инсектофунгицидов, душистых веществ и т. д. Важнейшим аппаратом, используемым для таких процессов, является котел с мешалкой (см. рис. 70, стр. 251). Такие аппараты предпочитают, когда реакцию проводят со сравнительно небольшими количествами веществ, когда требуется большое реакционное пространство и реакция протекает медленно (необходимость длительного пребывания реакционной массы в аппарате), а также при образовании многофазных систем, когда приходится применять перемешивание, и в случае введения реагентов или подвода энергии через известные промежутки времени. [c.76]

Пропеллерные мешалки являются более интенсивными аппаратам , чем лопаст)1ые и рамные. Они в то же время достаточно просты по устройству. Эти мешалки применяются, главным образом, для интенсификации непрерывно протекающих химических, тепловых и массообменных процессов. [c.208]

Мешалка диаметром 40 мм не обеспечивала массообмен между исходными продуктами, руда оставалась на две аппарата нерастворен-ной. При перемешивании реакционной смеси турбинными мешалками с соотношением Ъ с/ = 2,66 1,6 наблждалось ускорение реаяции окисления марганцевых руд в манганат калия с увеличением окружной скорости мешалки до 7,85 м/сев (табл. 5). Дальнейшее увеличение окружной скорости эффекта не дает, что согласуется с литературными данными [5]. [c.71]

Массообменное оборудование, применяемое при экстракции селективными растворителями (перенос между несмешивающимися жидкостями), имеет много общего с аппаратурой для газовой абсорбции и ректификации. Основное различие состоит в том, что разделение фаз после контактирования представляется, как правило, более трудным, особенно в тех случаях, когда наблюдается тенденция к эмульгированию. Обычно используют насадочные и тарельчатые колонны, а также каскады сосудов с механическими мешалками. Однако вследствие необходимости осущест-лять разделение фаз, большее применение находит оборудование с внешним подводом энергии, например контактные аппараты с вращающимися дисками фирмы Шелл , смесители-отстой-ники, колонны, выпускаемые фирмой Шейбел и Микско и центробежные экстракторы фирмы Подбильняк . [c.612]

Массообменные и реакционно-диффузионные процессы в газожидкостных средах с механическим перемешиванием возможны в аппаратах с самовсасывающими мешалками, которые совмещают гомогенизирующую, насосную и барботажную функции. Так как мешалка сама всасывает газ внутрь жидкости, то исчезает необходимость в газодувном оборудовании, появляются возможности рециркуляции газа внутри аппарата и организации процесса в герметичном объеме. Предотвращается возможность отложения высоковязких или затвердевающих веществ на подвижных устройствах ввода газа в жидкость. Газ, вводимый в жидкость, может всасываться самовсасывающей мешалкой из технологического трубопровода или (чаще) из газовой подушки под крышкой аппарата. Примерами процессов, в которых возможно применение аппаратов с самовсасывающими мешалками, служат хлорирование газообразным хлором труднохлорируемых соединений (например, антрахинона), аминирование и алкилирование, осуществляемые в герметичных реакторах под давлением, сильно экзотермические процессы сульфирования органических веществ (например, алкилбензола) триоксидом серы [6], биологическая очистка сточных вод [24], кислотное выщелачивание сульфидных никель-кобальтовых соединений в гидрометаллургической промышленности [65, 66]. [c.511]

Среди технологического оборудования особое место занимают аппараты, в которых протекают химические и физико-химические реакции. К таким аппаратам относятся реакторы, колонны синтеза, контактные аппараты и другое оборудование, работающее под избыточным давлением или под вакуумом. Протекание химических и физико-химических реакций во многих слз/ чаях сопровождается тепловыми, массообменными и гидромеханическими процессами. Поэтому такие аппараты нaбяia-ются устройствами для нагрева или охлаждения реакционной массы, приводными мешалками и автоматическими устройствами для управления процессами. В зависимости от характера производственных процессов и степени автоматизации реакционные аппараты могут работать периодичес-ки или непрерывно. [c.212]