Поверхностные явления при массопередаче

Ни одна пз теоретических моделей переноса, которые были изложены в предыдущих разделах, не учитывает влияния поверхностных явлений. Поэтому все эти модели заведомо неприменимы для случая, когда массопередача направлена из лимитирующей фазы. [c.217]

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ МАССОПЕРЕДАЧЕ [c.105]

Поверхностные явления при массопередаче связаны с различного рода нарушениями поверхности контакта фаз, с предварительной адсорбцией или хемосорбцией компонента на поверхности контакта, приводящей к изменению общего сопротивления массопередачи [74]. К поверхностным явлениям относятся межфазовая-турбулентность (гидродинамическая неустойчивость поверхности контакта фаз) и межфазовый (энергетический) барьер переходу вещества через границу раздела фаз при медленной химической реакции или наличии поверхностно-активного вещества (ПАВ) в жидкости.. [c.105]

Кроме ПАВ склонность к образованию межфазового барьера оказывают также неполярные растворители и коллоидные растворы, содержащие значительное количество примесей. Влияние мономолекулярных слоев неполярных растворителей, коллоидных растворов и других примесных соединений на массопередачу может быть ослаблено введением в систему небольшого количества низших спиртов или уксусной кислоты. Отмечается, что в процессах жидкостной экстракции при этом достигается значительное увеличение эффективности массопередачи [78]. Межфазовый барьер массопередаче оказывают также различные высокомолекулярные соединения, крупные молекулы которых обычно ориентируются по ходу движения потока в пограничном слое и концентрируются поэтому на границе раздела фаз. Поверхностное сопротивление массопередаче при наличии ПАВ в жидкости наблюдалось в работах [91, 92], а также при поглощении плохорастворимого газа химически активным поглотителем — в работе [93]. Более подробный анализ исследований, в которых рассмотрены поверхностные явления, связанные с межфазовым барьером, приведен в монографиях [1. 2]. [c.108]

Исследования в области гидродинамической неустойчивости и влияния поверхностных явлений на процесс массопередачи про- [c.72]

Многочисленные исследования показали, что в различных случаях диффузии, протекающей в сопровождении химической реакции, коэффициент массопередачи во много раз превышает величину, полученную классическими методами. Это явление приписывается влиянию определенной поверхностной активности, проявляющейся на внешней поверхности. Установлено также увеличение коэффициента массопередачи в тех случаях, когда химическая реакция не протекала. [c.101]

При перемещении молекул вещества из одной жидкой фазы в другую на поверхности контакта фаз и в непосредственном соседстве с нею происходят такие явления, которые могут иметь серьезное влияние на количественный эффект. Связаны они с поверхностными силами. В математическом описании процесса массопередачи эти явления не учитываются и в связи с этим иногда могут быть источником значительных расхождений между теоретическими и фактическими данными. [c.52]

Концентрация растворенного вещества также влияет на скорость массопередачи [35]. Скорость достижения равновесия в системах с ионными ассоциатами, в том числе с длинноцепочечными аминами, по-видимому, зависит от медленнотекущего процесса десорбции поверхностно-активных агентов с границы раздела фаз, особенно тогда, когда путем интенсивного встряхивания создается большая поверхность [37]. Это, без сомнения, общее явление [38, 39]. В зависимости от того, насколько интенсивно перемешивание, получены различные коэффициенты распределения, так как при активном перемешивании истинное равновесие не достигается. Эффект меха- [c.28]

Явления в этой области в некоторых частично смешивающихся бинарных системах характеризуются сильными межфазными возмущениями (фото 6.19) [52, 53]. Поскольку при постоянной температуре такие системы характеризуются лишь одной равновесной концентрацией, существует единственное значение равновесного межфазного натяжения. Поэтому такие возмущения не могут быть объяснены местным уменьшением поверхностного натяжения вследствие изменения концентрации. Однако частично смешиваемые жидкости имеют как правило низкое межфазное натяжение (2 дин/см для системы ацетилацетон — вода при 25 °С) и потому весьма чувствительны к местным изменениям межфазного натяжения, вызванным тем, что ири нормальных условиях рассматривалось бы как вторичный эффект. Объяснить это можно выделением тепла при массопередаче или динамикой межфазного натяжения, характеристики которой в бинарных системах в основном неизвестны. [c.238]

J Несмотря па физическую реальность ПС, вызванного явлениями адсорбции и гетерогенной химической реакции, до последнего времени не было полной уверенности в его существовании. Для определения ПС наиболее часто применялись методы изучения массопередачи в стационарных или квазистационарных условиях, требующие использования правила аддитивности. Учитывая сложность явлений на межфазной поверхности в системах жидкость — жидкость, надежное определение малых значений ПС по правилу аддитивности можно поставить под сомнение. Так, поверхностное сопротивление, обнаруженное в работах [56—58], пе подтвердилось другими [59, 60]. [c.389]

Для процессов массопередачи, протекающих в подвижных средах, стадии массоотдачи 1 и 3 определяются физическими свойствами фаз, условиями их движения и описываются уравнениями конвективного переноса вещества (1.147). Условия перехода молекул переносимого компонента через границу раздела между фазами определяются особым состоянием молекул компонентов на границе раздела фаз. Под действием силовых полей молекулы принимают здесь ориентированное положение, т. е. возникает явление, называемое адсорбцией. В результате этого со стороны каждой фазы вблизи поверхности раздела образуются слои ориентированных молекул (адсорбционные слои), чрезвычайно малой толщины (порядка нескольких десятков размеров молекул). Так, в системе, состоящей из двух жидких фаз, имеются, строго говоря, не две, а четыре фазы — две объемные (занимающие макроскопические объемы) и две поверхностные (занимающие микроскопические объемы вблизи границы раздела фаз). Можно считать, что в системах типа жидкость (газ) — твердое тело имеется одна поверхностная фаза, поскольку из-за фиксированного положения молекул в твердых телах адсорбционные слои в них не образуются. Обычно считают, что наиболее медленной стадией процесса массопередачи (массообмена) является перенос в объеме фазы. [c.403]

Предложено объяснение этого явления., основанное на изменении поверхностного натяжения в зоне пены на тарелке Так как стабилизация пены происходит в результате изменения поверхностного натяжения жидкой фазы при накоплении в ней компонента с высоким поверхностным натяжением на стыках пузырей, это предотвращает агломерацию. При небольших концентрационных градиентах в жидкости возникает неустойчивая пена, и скорость массопередачи снижается в соответствии с уменьшением стабильности поверхности. [c.31]

К сожалению, закон затухания турбулентных пульсаций у свободной границы двух несмешивающихся жидкостей и влияние на него межфазного натяжения и других физико-химических характеристик системы неизвестны [33]. В связи с этим все предложенные для описания массопередачи уравнения [3] носят эмпирический или полуэмпирический характер. С помощью этих уравнений могут быть найдены коэффициенты массоотдачи. Переход к коэффициентам массопередачи можно провести с использованием правила аддитивности фазовых сопротивлений. При этом необходимо учитывать, что обсуждаемые эмпирические уравнения получены на модельных системах в идеализированных условиях, т. е. в отсутствие ряда явлений, с которыми нередко приходится сталкиваться в конкретных условиях при исследовании кинетики. Среди таких явлений следует особо отметить самопроизвольную поверхностную конвекцию [58], возникающую вследствие различий межфазного натяжения на разных участках границы раздела фаз, и поверхностную ассоциацию, приводящую к образованию конденсированных межфазных пленок разнообразной природы [61—65]. Первое явление вызывает ускорение массопередачи и уменьшение зависимости чисел 5Н от чисел Не. Второе, наоборот, приводит к замедлению переноса вследствие ухудшения условий перемешивания у границы раздела и к затруднениям при переходе молекул через блокированную границу. [c.163]

В заключение следует отметить, что явления, объединенные понятием поверхностная турбулентность , объясняют зависимость общего коэффициента массопередачи от концентрации, градиента поверхностного натяжения и направления массопереноса, но не противоречат формуле аддитивности. Работы, в которых наблюдалось отклонение от формулы аддитивности, объясняемое поверхностной турбулентностью, основаны на методических ошибках при определении частных коэффициентов массопередачи (см. ниже). [c.73]

При более низкой температуре (125° С) увеличение или уменьшение удерживания пропанола, октана, толуола в парах этанола и бензола при использовании в качестве неподвижных фаз полиэтиленгликоля, диоктилфталата и силикона по сравнению с удерживанием этих сорбатов в потоке азота объясняется в работе [32] образованием поверхностного слоя сконденсированного элюента, который препятствует процессу массопередачи, а также растворением небольшого количества элюента в неподвижной жидкости. Следует отметить, что эти объяснения во многом противоречивы и наблюдаемые явления требуют более детального изучения. Значения удерживаемых объемов, полученные в работах [4, 32], даны в табл. У.2. [c.116]

До сих пор этому явлению не дано удовлетворительного объяснения. Поскольку указанный эффект более заметен в том направлении массопередачи, при котором выделяется тепло, можно считать, что неоднородная массопередача приводит к локальным изменениям температуры на поверхности раздела. Следовательно, локально изменяется и поверхностное натяжение, капли становятся нестабильными и колеблются, способствуя перемешиванию. С этим явлением, вероятно, связан разрыв жидкостной пленки на поверхности в процессе абсорбции из газового потока при положительном значении теплоты абсорбции - [c.86]

Поверхностная турбулентность. Уже много лет известно самопроизвольное эмульгирование нефтяных масел в воде, протекающее без перемешивания двух фаз. Это и аналогичные ему явления, происходящие при массопередаче вблизи границы жидкой [c.211]

Поверхностно-активные вещества. Многие вещества в растворе склонны концентрироваться на поверхности жидкости и изменять межфазное или поверхностное натяжение. Эти поверхностноактивные агенты (или смачивающие агенты ), находясь в исключительно малых количествах, способствуют значительному изменению о. Даже наличие монослоя их на поверхности вызывает образование структуры, которая характеризуется тенденцией сковывать поверхность, уменьшая или устраняя мелкомасштабное поверхностное движение. Наличие такого поверхностного слоя приводит к возникновению двух весьма важных явлений, воздействующих на скорость переноса массы через поверхность раздела фаз снижается и часто полностью прекращается влияние эффекта Марангони при одновременном появлении поверхностного сопротивления в отношении диффузии через межфазную поверхность. Уменьшение скорости массопередачи может быть большим. [c.216]

Изменение поверхностного натяжения в ходе процесса может привести к вспениванию жидкости, ухудшению массопередачи и другим нежелательным явлениям. [c.24]

Единственная теоретическая модель массопередачи, учитывающая влияние поверхностных явлений, была разработана Тимсоном н Дюном [74], которые вывели для случая массопередачи в сплошной фазе формулу [c.218]

Механизм массопередачи в каждой фазе, особенности массопё-редачи, осложненной различными поверхностными явлениями на границе раздела фаз, а также массопередача с учетом теплопере-дачи между фазами рассматриваются подробно в следующих разделах этой главы. [c.65]

Основные научные исследования относятся к химии редких металлов, Разработал теоретические основы и технологию разделения, а также прецизионной очистки циркония и гафния. Установил существование устойчивых многоядерных соединений циркония. Разработал новые методы изучения нестационарной массопередачи в процессах экстракции, обеспечивающие измерение констант скорости поверхностных реакций и определение механизма поверхностных явлений, Развил кинетику химических реакций извлечения и явлений, сопровождающих эти реакции на границе раздела фаз. В соавторстве с сотрудниками издал учебник Технология редких металлов в атомной технике (1974). Основал одну из научных школ по кинетнке экстракционных процессов, [c.602]

Обзор работ (до 1959 г.), посвященный поверхностным явлениям в процессе массопередачи, приведен в статьях Стерлинга и Скривена [134] и Дэвиса [135]. [c.72]

Как отмечалось выше, при проведении эксперимента на пилотной установке усложняется задача выделения кинетического фактора из всей совокупности явлений, сопровождающих массопередачу при движении фаз в аппарате. В этом случае исследование кинетики 1включает определение объемного коэффициента массопередачи и суммарной поверхности контакта фаз а, что позволяет рассчитать (поверхностный коэффициент массопередачи, величина которого может быть сопоставлена со значениями, рассчитанными по моделям массопередачи [291, 292] или по эмпирическим соотношениям [292]. [c.159]

Турбулизация межфазной границы может быть обусловлена- также возникающими при тепло- или массопередаче локальными изменениями поверхностного натяжения. Учет влияния концентрационных и температурных изменений поверхностного натяжения на гидродинамику вблизи межфазной границы представляет собой весьма сложную и в настоян1ее время еще не решенную задачу (необходимо исследовать устойчивость решения уравнения Навье — Стокса по отношению к малым возмущениям — локальным изменениям скорости). Пока сделаны лишь первые попытки решения этой задачи [72, 73]. В частности, показано [72], что возможность возникновения неустойчивости существенно зависит от знака гиббсовой адсорбции растворенного вещества в состоянии термодинамического равновесия, а также от соотношения между кинематическими вязкостями соприкасающихся фаз и коэффициентами диффузии веществ, которыми обмениваются эти фазы. Объяснено явление стационарной ячеистой картины конвективного движения, вызванного локальными градиентами поверхностного натяжения [73].. Дальнейшие исследования в этой области наталкиваются на серьезные математические трудности. [c.183]

Наиб, перспективные пути интенсификации массообменных процессов-использование явлений самоорганизации на межфазной пов-сти (напр., в результате возникновения локальных градиентов поверхностного натяжения), организованная нестациопарность массопередачи, воздействие пульсаций и вибраций, звуковых и ультразвуковых колебаний, электрич. и магн. полей, разработка новых гидродинамич. режимов и направленное совмещение хим. и массообменных процессов. [c.658]

Одной из причин возникновения конвективных токов являются продольные градиенты поверхностного натяжения, а также градиенты плотности, появляющиеся при протекании хемосорбции. Явление поверхностной конвекции было обнаружено (20, 22, 37—39] при поглощении СОа водными растворами МЭА, ДЭА и др. Поверхностная конвекция наблюдается в пленочных и насадочных аппаратах [20], в ламинарных струях жидкости [42] в барботажных аппаратах ее влияние на массопередачу сравнительно невелико. Из сказанного выше следует, что коэффициент физической массоотдачи Рж должен быть определен при протекании хемосорбционного процесса, т. е. в идентичных гидродинамических условиях. Если объектом исследования является поглощение СО2 хемосорбентом, то величину р удобно определять по методу [36, 37], заключающемуся в десорбции N30 из раствора хемосорбеита. Поскольку коэффициенты диффузии N20 и СОз близки, то близки между собой и [c.68]

Оба явления, описанные Томсоном, одинаковы в основе — местное уменьшение поверхностного натяжения за счет введения спирта вызывает направленное от центра движение жидкости с меньшим поверхностным натяжением. Однако с точки зрения инженерной химической технологии эти эффекты различны. В первом случае движение на поверхности раздела фаз и в слоях, к ней прилегаюш,их, изменяет сопротивление массопередачи и, следовательно, значение коэффициента массопередачи, в то время как во втором случае на скорость массопередачи будет главным образом оказывать влияние изменение величины межфазной поверхности. [c.206]

Когда степень пропитки носителя понижается, наблюдается быстрое уменьшение ВЭТТ вследствие уменьшения члена в уравнении (25). Однако при степени пропитки ниже 5—10% коэффициент сопротивления массопередаче в жидкой фазе сильно не изменяется, если df остается постоянной. По существу это связано с явлением смачиваемости. Жидкая фаза чаще всего распределяется на твердом носителе в виде мельчайших капелек и заполняет некоторые поры. Ее структура не очень похожа на регулярную пленку. К заметному улучшению иногда приводит использование поверхностно-активных веществ, хотя во многих случаях эти вещества, более вероятно, действуют как оелабителн хвостообразования посредством подавления актив-1 ых цслтроз на поверхности носителя, а не как поверхностноактивные вещества [30]. [c.136]

Анализ явления поверхностной конвекции указывает на необходимость учета увеличения скорости массопередачи не только для массообменного, но и для хемосорбционного процесса. Первая попытка применения экспериментальных значений Рж, полученных в условиях хемосорбции, для анализа данных по кинетике хемосорбцип была сделана в работе П. Бриана [140], но для ограниченного диапазона изменения параметров (7 = = 5—10 Л4 = 0,75 и 1,5). В результате этого были скорректированы значения коэффициентов ускорения массопередачи. [c.129]

Явление гидродинамической неустойчивости поверхности контакта фаз в настоящее время еще изучено мало [79—81]. При экспериментальном изучении кинетики массопередачи гидродинами- ческая неустойчивость поверхности контакта фаз и межфазовая турбулентность наблюдались в системе кислород — азот [82] когда кислород переходил в жидкую фазу, коэффициенты массопередачи были больше, чем при переходе его в газ, так как в первом случае происходило снижение поверхностного натяжения жидкости у поверхности раздела фаз, а во втором — увеличение ее. Аналогичная зависимость эффективности массопередачи была получена в работе [83]. [c.106]

Это явление сопровождается также спонтанным эмульгированием, пульсированием и волнообразованием на поверхности раздела фазТакая активность поверхности приводит к увеличению скорости массопередачи вследствие возрастания величины к (по сравнению со значением коэффициента массоотдачи к при стабильной межфазовой поверхности) и увеличения поверхности массопередачи. В некоторых случаях скорость массопередачи возрастает в десять раз и более >74 Часто отмечается, что межфазовая турбулентность возникает только при определенном направлении массопередачи и заметно подавляется поверхностно-активными веществами. Этот эффект влияет также на производительность экстрактора [c.203]

Гарнер и Хэл 20 сделали допущение, что общий коэффициент массопередачи /(п/ равен коэффициенту Кп для движущейся капли, но, учитывая зависимость (XI, 9), следует вводить в расчет лишь 0,6 от времени образования капли. Это допущение следует, однако, считать произвольным. Хертис также использовал гипотезу Хигби, но при этом предположил, что основное сопротивление массопередаче сосредоточено внутри капли (это предположение принял также Джонсон ). Однако опытные данные Хертиса не соответствовали его модели. По-видимому, сопротивление массопередаче в капле очень невелико, и уравнение (XI, 10) должно давать в обычных условиях удовлетворительные результаты. Влияние же поверхностно-активных веществ, межфазовой турбулентности и других подобных явлений [c.528]

С помощью описанных методов к настоящему времени накоплен обширный фактический материал, указывающий на то, что массопередача при экстракции неорганических веществ нейтральными, основными и кислыми (в том числе хела-тообразующими) агентами сопровождается рядом межфазных явлений, весьма существенно влияющих на кинетику диффузионного переноса. Речь идет прежде всего о поверхностных химических реакциях, возможность протекания которых учитывается еще не всегда [108, 109]. [c.190]

Первоначально это явление пытались объяснить с чисто механических позиций [107, 108]. Предполагалось, что ввиду сопротивления слоя сплошной фазы в зазоре между каплями необходимо, чтобы относительная скорость капель была не ниже некоторой критической величины. Высокое давление жидкости в зазоре между каплями долгое время не находило физического объяснения. В связи с тем, что неслияние капель чаще наблюдается при наличии массопередачи [93, 109], была выдвинута градиентная теория неслияния капель [110, 111], объясняющая повышение давления в зазоре между каплями возникновением на их поверхности градиентов межфазного натяжения. Предполагаемая схема процесса изображена на рис. 9-7. Так, если массопередача направлена из капли в сплошную фазу и межфазное натяжение растет с повышением концентрации экстрагируемого вещества (случай а), вследствие повышения его концентрации в зазоре между каплями на поверхности капли возникает движение, направленное в сторону меньшего поверхностного натяжения. Происходит ротационный отгон жидкости из пространства между каплями и слияние капель. Аналогичное объяснение получают и другие случаи ( —г). [c.295]

При исследовании причин коалесценции капель при переходе растворенного вещества из растворителя в водную фазу (см. часть IV) Льюис и Пратт сделали попытку обнаружить изменение поверхностного натяжения, сопутствующее переходу растворенного вещества из одной фазы в другую, методом висячей капли . Для этой цели капли подвешивались на конце медицинской иглы в ячейке с несме-шивающимися жидкостями в присутствии нераспределенного растворенного вещества на поверхности раздела фаз возникали частые возмущения в виде волнообразования и наблюдалась неустойчивая пульсация капель. Линии тока фиксировались по линиям преломления, причем наблюдалось, что пульсации связаны с заметной интенсивностью массопередачи. Этот эффект обычно возникает при массопередаче из органической фазы в воду, хотя в некоторых случаях он проявлялся при массопередаче в обоих направлениях. При экстракции уранилнитрата слабый эффект наблюдался только при массопередаче из воды в растворитель. Аналогичный э ект был обнаружен также на плоских поверхностях раздела, причем сопутствующие ему явления были рассмотрены Maк-Бeйнoм О самопроизвольном эмульгировании, сопровождающем массопередачу между взаимнонерастворимыми фазами, см. также Гарнер и Скелланд [c.86]

До сих пор нет еще достаточно удовлетворительного объяснения явления коалесценции, хотя оно почти несомненно связано с колебанием капель, описанным в части III. Однако связь между этими двумя явлениями еще не ясна, так как при наличии растворенного вещества поверхностное натяжение обычно уменьшается, и поэтому следовало бы ожидать скорее уменьшения, нежели увеличения размера капель. Далее, колебания капель наблюдались также, например, в системе этилацетат—вода, при переходе вещества из водной фазы в фазу растворителя, хотя коалесценция в этих условиях не наступала. Даже когда коалесценции и не наблюдалось, очевидно, происходили микроколебания и, может быть, микроэмульгирование (см. часть III), так как коэффициенты массопередачи часто значительно возрастали (см. ниже). О влиянии переноса растворенного вещества в неводных системах пока нет данных, хотя это и представляет существенный интерес. [c.99]

Следовательно, приведенный логарифм должен быть линейной функцией времени. Экспериментально при массопередаче пропионовой кислоты (ПК) из четы-лсххлористого углерода в воду было найдено, что в начале процесса в некоторой области концентраций приведенный логарифм является нелинейной функцией времени. Авторы объясняют это увеличением коэффициента массопередачи в результате возникновения самопроизвольной поверхностной конвекции (СПК) — интенсивного движения жидкости, вызванного изменением поверхностного натяжения, неравномерного по всей поверхности раздела фаз, и выделения тепла при протекающей химической реакции. Это явление называют эффектом Марангони [44, 45]. При уменьшении концентрации пропионовой кислоты СПК, по мнению авторов, прекращается. В области СПК коэффициент массопередачи является переменной величиной, что приводит к нарушению линейной зависимости. Интегральную форму уравнения, полученного при постоянном коэффициенте распределения, нельзя использовать для описания процесса с переменным коэффициентом распределения, как это имеет место Для пропионовой кислоты [46]. Поэтому в работе [47] авторы использовали уравнение (1), графически определяя йС /сИ из зависимости Св от времени, и затем вычисляли коэффициент массопередачи. Они нашли, что коэффициент массопередачи в начале [c.34]

Явление межфазовой турбулентности напротив повышает скорость массопереноса. Высказывается мнение [286], что увеличение скорости массопередачи в отсутствие ПАВ в большинстве систем можно объяснить образованием капиллярных волн на поверхности раздела фаз, источником которых может быть-эффект Марангони и естественная конвекция. Брюкнер [287] отмечает, что влияние межфазовой турбулентности на С1Корость массопередачи обычно объясняют двояким образом. Во-первых, как результат выравнивания градиента поверхностного натяжения, в результате чего, возрастает величина коэффициента массопередачи, во-вторых, как нарушение целостности, поверхности раздела, в результате чего возрастает поверхность массопередачи. Очевидно, на практике одновременно реализуются оба механизма. Явление межфазной турбулентности тесно связано с (процессом массопередачи. Экспериментально установлено, что ее появление или отсутствие зависит от направления массопередачи. [c.158]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология