Массообмен потока с поверхностью

Интенсификация каталитических процессов, в которых большое значение имеет тепло- и массообмен потока реакционной смеси с наружной поверхностью зерна, может быть обусловлена увеличением коэффициентов обмена в нестационарных гидродинамических условиях. Повышение интенсивности, по-ввдимому, может иметь место тогда, когда инициируются пульсации скорости потоков с частотой, близкой к собственным частотам турбулентных пульсаций [2, 3]. Это улучшает обмен между потоком в свободном объеме и наружной поверхностью частиц в слое. [c.125]

Есш тепло- и массообмен между поверхностью зерна и потоком достаточно интенсивны, т.е. Т, и велики, то граничные условия (2.13) приведем к виду [c.35]

Схема процесса следующая (рис. 2.25). Частица радиусом Ло обтекается потоком газа с концентрацией реагента в нем Со. Частицу окружает пограничный слой, через который осуществляется массообмен между поверхностью частицы и ядром потока. Реакция начинается на поверхности и фронтально продвигается в глубь частицы. В какой-то момент времени частица будет состоять из ядра радиусом г , содержащего непрореагировавшее вещество В, и наружного слоя продукта или/и нереагирующих компонентов, т. е. инертных по отношению к протекающей реакции. Реакция протекает на границе раздела твердых фаз - на поверхности ядра, в результате ядро уменьшается, но размер частицы (У о) сохраняется. Такую схему процесса называют сжимающееся ядро . [c.72]

Массообмен потока с поверхностью [c.17]

Вид граничных условий по поперечной к потоку координате зависит от того, на какой поверхности рассматривается массообмен на поверхности раздела твердая стенка—стекающая пленка жидкости или на межфазной границе газ—жидкость. Во втором случае имеет место адсорбция и десорбция газа. На твердой стенке граничное условие выражает ее непроницаемость для растворенного вещества [c.69]

Предположим, что массообмен между поверхностью льда и окружающей средой происходит по закону диффузии. Тогда для стационарного потока массы можно написать [c.349]

Конвективные пленки искусственно создаются на поверхности стенки при помощи специальных распределительных устройств. По мере продвижения по поверхности теплообмена они нагреваются (или охлаждаются), при этом массообмен свободной поверхности пленки с окружающей средой настолько незначителен, что расход орошающей жидкости в поперечном сечении потока с длиной пробега пленки Жпр практически не изменяется. Конвективные пленки можно наблюдать в пленочных теплообменниках для нагрева (охлаждения) жидкостей, в пленочных реакторах для проведения технологических процессов. [c.7]

Пусть в процессе массообмена диффундирующий в каплю экстрагент вступает в необратимую химическую реакцию второго порядка с растворенным внутри капли хемосорбентом. В начальный момент времени концентрации экстрагента и хемосорбента в капле равны соответственно О и сго. Будем полагать, что при массообмене поток хемосорбента через поверхность капли равен нулю. Тогда рассматриваемая задача сводится к решению системы уравнений [c.134]

При проектировании реакторов описываемого типа следует иметь в виду, что характер газового потока и размер пузырьков зависят от скорости потока, определяющей величину межфазной поверхности. Процессы, в которых большую роль играет массообмен, следует проводить при турбулентном режиме верхней границей служит скорость, при которой начинают образовываться газовые пробки. Размеры пузырьков зависят от свойств жидкости — ее вязкости, плотности, поверхностного натяжения и т. д. Высота столба жидкости, зависящая от степени насыщения ее пузырьками газа, также влияет на работу аппарата. [c.360]

Физическое объяснение влияния скорости фаз на массообмен, отнесенный к объему, основано на изменениях турбулентности в обеих фазах и величины поверхности контакта (диаметра и количества капель, т. е. удерживающей способности УС). Увеличение скорости потока фаз увеличивает в основном турбулентность и поверхность контакта, и если нет какого-либо противодействия, то это приводит к улучшению массообмена. [c.309]

Капли образуются в отверстиях распределителя, по которому жидкость подается в колонну. Скорость движения капелек диспергированной жидкости относительно стенок колонны зависит от вязкости, разности плотностей [уравнение (4-2)], а также от линейной скорости сплошной фазы. Чтобы получить возможно большую поверхность контакта фаз, в колоннах этого типа следует применять максимальные скорости потока сплошной фазы, так как при этом действительная скорость капелек Шд уменьшается [см. уравнение (4-9)] и вследствие повышенной удерживающей способности улучшается массообмен. Скорость фаз ограничивается пределом захлебывания [16, 32, 136]. Одной из зависимостей для скоростей потоков на границе захлебывания является уравнение [42] [c.311]

Однако кипящий слой обладает и рядом недостатков. Наиболее важным из них является неоднородность слоя. Значительная часть потока газа проходит сквозь него в виде газовых пузырей и струй, составляющих как бы особую фазу, в которой отсутствуют химические превращения. Диффузия реагентов из пузырей в промежутки между твердыми частицами затруднена, вследствие чего возникает дополнительное — межфазное — сопротивление массообмену между потоком газа и поверхностью катализатора. [c.269]

Пламя распыленного жидкого горючего определяется в основном движением и горением отдельных капель и условиями их взаимодействия. Ход процесса горения зависит от гидродинамических факторов, температуры и состава окружающей среды, кинетических условий. При обтекании капель газовым потоком тепло- и массообмен различен на поверхности капель. На условия обтекания капель влияет изменение плотности газа вследствие горения и теплообмена. [c.34]

Массообменные процессы. Эта группа процессов отличается значительной сложностью по сравнению с предыдущими и соответственно большим числом моделей для их расчета. Массообменный процесс в большинстве случаев (ректификация, экстракция, абсорбция, кристаллизация) является системой, включающей как необходимые другие аппараты (например, теплообменники, конденсаторы, декантаторы и т. п.). Поэтому и математические модели как для описания, так и для алгоритмизации являются более сложными. Рассмотренные ранее модели структуры потоков и теплообмена могут использоваться при описании массообменных процессов на ступени разделения (тарельчатые колонны) и в слое насадки (насадочные колонны). При описании массообменного процесса уравнения гидродинамической структуры потоков фаз (см. табл. 4.4) должны быть дополнены членом, учитывающим массоперенос компонента через поверхность раздела фаз, например, в матричном выражении [c.129]

Гидродинамическая обстановка на тарелке (или слое насадки) суш ественно влияет на эффективность массопереноса, на степень достижения равновесных значений концентраций фаз. Чем ниже эффективность тарелки, тем, очевидно, необходимо большее время пребывания фаз в контакте или большая поверхность контакта. При движении жидкости вдоль контактного элемента наблюдается неравномерность массопереноса, обусловленная различными градиентами концентраций (движущей силы), различной высотой слоя жидкости, обратным забросом фаз, различной гидродинамической обстановкой и т. д. Поэтому целесообразно воспользоваться для оценки эффективности массопереноса характеристиками локальных объемов массообменного пространства, в пределах которых может быть принята однородная гидродинамическая структура потоков, и определять эффективность контактной ступени интегрально. Такой характеристикой эффективности массопереноса является локальный КПД в форме уравнения (4.59), записанный для многокомпонентной смеси в матричном виде как [1, 45, 46] [c.131]

Для сравнительно простых систем, таких, как гидравлические или тепловые с однофазным потоком, принцип подобия и физическое моделирование оправдывают себя, оперируя ограниченным числом критериев. Для сложных систем и процессов, описываемых сложной системой уравнений с большим набором критериев подобия, которые становятся, одновременно несовместимыми, использование принципов физического моделирования наталкивается на трудности принципиального характера. Они заключаются в том, что не существует уравнений движения двухфазных потоков общего вида, отсутствует возможность задать граничные условия на нестационарной поверхности раздела фаз. Тем более не представляется возможным написать уравнения общего вида для двухфазной системы, осложненные массообменом. [c.131]

На основании теории вихревого движения можно принять, что в сравнимых точках турбулентного потока, не ограниченного твердой стенкой, возникают вихри равной величины с одинаковыми скоростями циркуляции. Поскольку массообмен происходит на свободных поверхностях фаз и допускается турбулентная природа обмена, то перепад давления в двухфазной системе, который характеризует интенсивность образования вихрей, должен быть взят с учетом лишь той энергии, которая затрачивается на взаимодействие между потоками. [c.148]

При испарении жидкости с твердой поверхности в поток турбулентно движущегося газа [61 показатель степени т при числе Рейнольдса составляет порядка 0,8, что находится в согласии с опытными данными по теплоотдаче от газа к поверхности твердой стенки. Это также находится в соответствии с ранее рассмотренной аналогией между теплообменом, массообменом и трением в однофазных газовых потоках. [c.202]

Характер движения жидкости на тарелке оказывает существенное влияние на условия массообмена, поэтому при оценке разделительной способности обычно учитывают гидродинамическую структуру потоков. При этом исходят из понятия локальных характеристик явления массообмена в элементарном объеме с однородной гидродинамической структурой, распространяя последние на все массообменное пространство. Выражения (2-61) и (2-62) как раз и используются для локальной скорости массопередачи. Следует заметить, что в этих выражениях скорость массопередачи отнесена к единице поверхности раздела фаз. Однако практическое определение последней сопряжено со значительными трудностями, и поэтому в большинстве случаев используется понятие объемного коэффициента массопередачи, т. е. произведение коэффициента массопередачи на величину поверхности межфазного контакта, приходящуюся на единицу объема массообменного пространства. [c.127]

Рассмотрим конвективный массообмен в системе периодически расположенных частиц. Выше рассматривался случай, когда обтекание частиц несущественно влияет на массообмен. Однако прн больших Ре=аУ/0 влияние потока существенно сказывается на массообмене. Существенную роль играет структура особых линий тока, начинающихся и оканчивающихся на поверхности частиц. При этом оказывается, что в потоке существуют цепочки частиц, внутренний массообмен в которых сильно заторможен взаимодействием диффузионных следов и пограничных слоев частиц, принадлежащих цепочке. Задача о конвективном массообмене в системе периодически расположенных сфер- рассматривалась в работах [100-103]. [c.129]

Рассмотрим массообмен между частицей и сплошной средой, когда сопротивление переносу сосредоточено в самой частице. В этом случае изменением концентрации во внешнем потоке можно пренебречь. Такие задачи будем называть внутренними. Так, если к внешним задачам относили определение коэффициентов массоотдачи, то к внутренним — нахождение кинетических коэффициентов роста и зародышеобразования кристаллов. Вид кинетических коэффициентов определяется из теорий роста, экспериментальных данных. Все существующие теории роста кристаллов можно разделить на три категории [33] 1) теории, описывающие рост кристаллов с чисто термодинамической точки зрения, имеющие дело с идеальными кристаллами (без дефектов решетки) 2) дислокационные теории, учитывающие, что источником ступеней при росте плоскостей кристалла являются дислокации 3) теории, описывающие рост кристалла, как кристаллохимические реакции на поверхности. [c.262]

При массообмене между жидкостью и газом поверхность контакта фаз можно увеличить за счет измельчения массы жидкости. Чем меньше размер капель, тем больше удельная поверхность контакта. Для увеличения поверхности контакта разработано множество приспособлений. Во многих из них распыление жидкости достигается за счет скоростного напора газа, проходящего через контактные элементы. При этом газ проходит через жидкость не сплошным потоком, а в виде пузырьков, благодаря чему создается поверхность контакта. Количество пены, образующейся при прохождении газа через жидкость, ограничивается уносом жидкости с газовым потоком, что приводит к уменьшению эффективности контактного элемента. Сочетание скорости потока газа и размера капель жидкости должно быть таким, чтобы капли вновь возвращались в массу той жидкости, из которой они попали в поток газа. [c.126]

Ранее опубликовано значительное число работ, в которых коэффициенты массообмена вычисляются на основании решений задач нестационарной сорбции и ионообмена в предположении, что скорость процесса определяется переносом вещества из потока к поверхности зерен. Большинство из этих работ приводит к зависимостям, удовлетворительно согласующимся с формулами (IV. 71) и (IV. 72). Подробнее эти работы здесь не рассматриваются, поскольку процессы сорбции и ионного обмена гораздо сложней нестационарного теплообмена и указанная выше согласованность результатов может быть истолкована лишь как подтверждение того, что в исследованных процессах скорость переноса действительно определяется массообменом на поверхности зерен. [c.161]

Схема процесса проиллюстрирована на рис. 4.18. Твердую частицу радиусом Rq обтекает поток газа, содержащий реагент с концентрацией q. Частицу окружает пофаничный слой Пс, через который осуществляется массообмен между поверхностью частицы и ядром потока. Реакция начинается на поверхности твердого компонента и фронтально продвигается вглубь. В какой-то момент процесса частица будет состоять из ядра радиусом содержащего не прореагировавшее вещество B,j и наружного слоя продукта или/и не реагирующих, инертных для протекающей реакции компонентов. Реакция протекает на поверхности ядра, в результате чего оно уменьшается, но размер частицы (Лд) сохраняется. Такой гетерогенный процесс называют сжимающееся ядро . [c.117]

Готшлих [34] (см. табл. IV. 1, № 7) предложил свободное пространство зернистого слоя разделить на зону интенсивного протекания жидкости и область застойного движения жидкости, примыкающую к поверхности зерен. Как указывает автор, толщина пленки застойной жидкости должна быть различной, особенно резко увеличиваясь в точках контакта между зернами. В расчете коэффициента дисперсии автором [34] введена некоторая средняя толщина застойной зоны Д, , которая может быть вычислена из весьма приближенных соображений по данным экспериментального определения ) . Следовательно, является в сущности экспериментально Определяемым параметром. Автор [34] сравнивает его, однако, с величиной диффузионной пленки Д , которая может быть рассчитана из опытов по массообмену (от поверхности зерен слоя в ядро потока жидкости), и показывает, что [c.212]

Гранулированный твердый катализатор располагается в реакторе в лромежутках между поверхностями охлаждения и омывается в направлении сверху вниз потоком синтез-газа. Путем использования нового катализатора и новых данных по теплопередаче и массообмену в зернистых материалах, при разработке которых большая роль принадлежала Бротцу [70], выход продуктов синтеза с реактора удалось увеличить с 2 до 50 т [71]. [c.127]

Обращаясь к основному уравнению массопередачи М — = КАгуРх, отметим, что М — количество передаваемого из фазы в фазу вещества, зависящее от требуемой степени извлечения целевых компонентов и количества сырьевого потока, — рассчитывается из уравнения материального баланса —поверхность контакта фаз — связана с размерами, конструктивными особенностями и гидродинамикой массообменного аппарата К, Аср — коэффициент массопередачи и средняя движущая сила — определяются кинетикой процесса, природой и составом контактирующих фаз они отражают конкретные условия массообменного процесса и характеризуют его специфику. [c.55]

Массообмен. Перенос массы в направлении поверхности соприкосновения фаз может происходить в результате молекулярной диффузии и конвекции, вызва.нной гидростатическими силами, течением потока или использованием перемешивающих устройств. Отдельный случай представляет собой движение турбулентного потока, в котором можно различить две зоны ламинарную (слой около поверхности соприкосновения фаз — пограничный слой) и турбулентную (в глубине фазы — ядро потока). В ламинарном слое вещество переносится главным образом молекулярной диффузией, а в турбулентной зоне в основном вследствие завихрений и флуктуаций локальной скорости движения потока. Считая, что в турбулентной зоне концентрация практически выравнивается, перенос массы в такой системе можно представить как молекулярную диффузию через пограничный ламинарный слой с эффективной (приведенной) толщиной. Перенос вещества до границы раздела фаз называется массоотдачей. [c.244]

Насадочные колонны, наполненные кольцами Рашига и Паля седлами Берля и подобными элементами, благодаря простоте устройства, большой удельной поверхности и порозности рабочего объема применяются в химической технологии для осушест-вления разнообразных тепло-, массообменных и химических (процессов. Эффективность этих аппаратов существенно зависит от равномерности распределения по сечению взаимодействующих потоков и их гидродинамической структуры. Этим обусловлено значительное число исследований, посвященных изучению продольного перемешивания потоков в рассматриваемых колоннах. [c.181]

Устойчивость реакторов с полным перемешиванием для гомогенных процессов являлась предметом изучения многих исследователей. Система в этом случае описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями первого порядка. В случае гетерогенных каталитических процессов задача сильно усложняется. Модель реактора с неподвижным слоем катализатора рассматривали Лин Шин-лин и Амундсон Анализировался адиабатический реактор, в котором отсутствует радиальный тепло- и массоперенос. Выло принято также, что тепло- и массоперенос в осевом направлении осушествляются только за счет вынужденной конвекции. Скорость потока считалась равномерной по всему сечению реактора, а влияние длины реактора и изменения температуры на скорость потока — пренебрежимо малыми. Тепло- и массообмен происходил на пористой поверхности зерен катализатора. Исследовалась необратимая реакция первого порядка типа А—-В. Более сложные реакции также могут быть рассмотрены с помошью этого метода без введения дополнительных параметров. Полученная система дифференциальных уравнений была решена методом характеристик. [c.262]

Наименьшей ячейкой мембранного массообменного устройства является мембранный элемент, состоящий из напбрного и дренажного каналов, разделенных селективно-проницаемой перегородкой. Тип элемента определяется геометрией разделяющей поверхности (плоские, рулонные, трубчатые, волоконные) и организацией движения потоков газа (прямо-и противоточные, с перекрестным током, с рециклом разделяемой смеси и т. д.). Напорный канал элемента плоского типа образован селективно-проницаемыми стенками, ориентированными горизонтально или вертикально. В элементах трубчатого типа напорный канал ограничен внутренней поверхностью одной трубки или наружной поверхностью нескольких соседних трубок. Разделительная перегородка обычно состоит из собственно мембраны, пористой подложки и конструктивных деталей, обеспечивающих механическую прочность и жесткость. Массовые потоки в мембране и пористой подложке ориентированы по нормали к разделяющей поверхности. [c.10]

Автору, очевидно, остались неизвестными многочисленные работы по гидродинамике и массообменной способности аппаратов с турбулентным трехфазным псевдоожиженным слоем, опубликованные на протяжении последних 6—8 лет советскими и зар жными исследователями. Это, естественно, значительно сузило объем информации по рассматриваемому вопросу, изложенной в данной главе. С целью восполнения этого пробела мы приводим список наиболее важных опубликованных работ [8-22]. В последних содержится достаточно обширная информация по ряду аспектов рассматриваемого процесса режимы трехфазного псевдоожижения начало полного ожижения и его зависимость от скоростей потоков ожижающих агентов, их физических свойств, а также от размеров и эффективной плотности элементов насадки динамическая высота слоя и газосодержание перепад давления в слое пределы существования трехфазного псевдоожиженного слоя интенсивность циркуляции элементов насадки в слое величина межфазной поверхности продольное перемешивание массообменная способность аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем в процессах физн- -ческой абсорбции, хемосорбции и ректификации бинарных Жидких смесей. [c.675]

Гидродинамические условия в колонне с насадкой существенно отличаются от гидродинамики пустотелых колонных экстракторов. Зависят они прежде всего от смоченности насадки [1, 7, 8, 44, 48, 49]. Если сплошная жидкость лучше смачивает насадку, чем диспергированная, то поток будет иметь тот же характер, что и в колоннах без насадки, и вторая фаза будет протекать через колонну в виде капель, которые катятся по поверхности. Если жидкость, которая вводится через распылитель, обладает лучшей смачиваемостью, то такая жидкость образует на насадке либо сплошные, либо прерывистые пленки. В этом случае обе жидкости будут сплошными фазами. Измененные условия потока характеризуются, между прочим, тем, что массообмен не зависит тогда в широких пределах от количества стекающей по насадке жидкости и только незначительно зависит от скорости потока. Жидкость, которая вводится через распылитель, в этом случае называется условно диспергиро- [c.321]

Рассмотрим некоторые технологические способы обеспечения и повышения надежности аппаратов и машин при проектировании. Для повышения надежности и безопасности новых конструкций аппаратов следует принимать такие конструкции, которые обеопечивают равномерное распределение потоков, интенсивный тепло- и массообмен малое гидравлическое сопротивление отсутствие застойных гидроаэродинамических зон, в которых могут скапливаться, а также кристаллизоваться взрывоопасные или склонные к самопроизвольному разложению вещества, участвующие или образующиеся в технологических процессах надежное исключение пропусков одной среды в другую через поверхности уплотнений стойкость конструкционных материалов в условиях рабочих параметров среды и процессов ремонтоспособность, а также удовлетворяют ряду требований, вытекающих из особенностей технологического процесса в данном аппарате. [c.99]

Задача о массообмене сферической частицы со стоксовым потоком при малых числах Re была решена с помощью метода САР в работе [23]. На поверхности сферы рассматривался чисто диффузионный режим поглощения вещества. Для средних значений критерия sh было получено выражение sh = 1 + /г (РеН-РеЧп Pe + -f APe In Ре)+0,068Ре (sh = apJZ)j. Эта работа послужила отправным пунктом ряда исследований, в которых задачи массообмена частиц с поступательным потоком решены методом САР [24—30]. [c.252]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология