Гидродинамические условия массопереноса

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МАССОПЕРЕНОСА [c.36]

В литературе представлен ряд гидродинамических моделей поверхности раздела жидкость — газ. Некоторые из них будут здесь обсуждены. Все гидродинамические модели основаны на предположении о нулевом градиенте скорости в жидкости. Однако необходимо напомнить, что условие нулевого градиента скорости у границы раздела системы газ — жидкость является не очень строгим применительно к теории химической абсорбции, хотя можно показать, что в большинстве случаев отношение скоростей массопереноса в жидкости при наличии или отсутствии химической реакции не зависит от частных гидродинамических условий в ней. [c.14]

Очевидно, решения задач массопереноса с химической реакцией первого порядка для различных гидродинамических условий можно только сравнить на основе графической зависимости безразмерных величин / от V- Параметр у имеет вид [c.56]

Вопрос о скорости массопередачи между пузырем или каплей и сплошной фазой является одним из наиболее сложных в теории химико-технологических процессов. Процессы массопереноса в дисперсной и сплошной фазах имеют принципиальное различие. Оно является следствием различия гидродинамических условий в фазах сплошная фаза в значительной мере турбулизована за счет относительного движения дисперсной фазы дисперсная фаза состоит из отдельных частиц и имеет свои специфические источники конвекции. [c.197]

Для теоретической тарелки принимается, что время пребывания или, что то же самое, время контакта фаз достаточно велико по сравнению со временем, требуемым для достижения равновесия. При этом фазы перемешиваются идеально, а время пребывания элементов потока одинаковое. В реальных условиях неравномерность распределения элементов потока по времени пребывания обусловлена в первую очередь неравномерностью профиля скоростей турбулизацией потоков различием скоростей переноса отдельных компонентов градиентами температуры и давления. Поэтому при заданных конструктивных характеристиках аппарата время контакта фаз, определяемое гидродинамической структурой потоков, может оказаться недостаточным для того, чтобы привести потоки в равновесие. В связи с указанным время пребывания жидкости на тарелке является важнейшим параметром для характеристики завершенности процесса массопереноса и в общем случае в сложной функциональной зависимости от гидродинамики потоков, физико-химических свойств разделяемой смеси. Ясно, что при отклонении гидродинамических условий от идеальных обеспечение максимально возможного приближения к равновесному состоянию приводит к существенным дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. [c.86]

Введение в гомогенный поток жидкости газа, являющегося дополнительным ее турбулизатором, должно изменить условия формирования диффузионного слоя у поверхности частицы и соответственно отразиться на коэффициенте массопереноса. Но такое изменение будет ощутимо только в том случае, если массоперенос лимитируется внешним сопротивлением. Экспериментально это было подтверждено [122] методом измерения диффузионного потока от анодной платиновой частицы диаметром и длиной 5 мм, помещенной в слой зернистого материала. Исследования проводились при следующих гидродинамических условиях О < Ке, < 13,8 О < Ке < 30. [c.76]

Гидродинамические особенности турбулентного потока в канале были рассмотрены в гл. 3. Здесь же следует отметить влияние гидродинамических условий на перенос вещества. В пограничном слое толщиной 8 (рис. 15-2) происходит резкое, близкое к линейному изменение концентраций поскольку в этой области потока скорость процесса определяется молекулярной диффузией, роль конвективной диффузии мала. Это объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается тормозящее действие сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе жидкой фазы. Образование гидродинамического пограничного слоя вблизи поверхности раздела фаз ведет к возникновению в нем диффузионного пограничного слоя толщиной 5д, обычно не совпадающей с 5 . В ядре потока массоперенос осуществляется в основном турбулентными пульсациями, поэтому концентрация распределяемого вещества в ядре потока практически постоянна. Как отмечалось выше, перенос вещества движущимися частицами, участвующими в турбулентных пульсациях, называют турбулентной диффузией. Перенос вещества турбулентной диффузией описывается уравнением, аналогичным уравнению (15.14а) [c.16]

В модели пограничного диффузионного слоя, которую можно считать дальнейшим развитием пленочной модели, отражено влияние гидродинамических условий на процесс массопереноса. По этой модели (рис. 15-3) копцентрация вещества, постоянная в ядре потока, в турбулентном подслое толщиной 5 постепенно снижается при приближении к пограничному слою (т. е. в буферном подслое), в котором соизмеримы молекулярные и турбулентные силы вязкости, т.е. С уменьшением масштаба пульсаций [c.19]

В кинетической области скорость собственно химического взаимодействия меньше скорости массопереноса и поэтому лимитирует скорость всего процесса. В диффузионной области лимитирующей стадией является скорость диффузии компонентов в зоне реакции, которая зависит от гидродинамических условий в системе и физических свойств и определяется по основному уравнению массопередачи. [c.53]

Принципиально технологические расчеты ректификационных колонн аналогичны расчетам других массообменных аппаратов и основаны на тех же закономерностях, которые достаточно подробно рассмотрены в гл. 15 и 16. Следует, однако, отметить, что процесс ректификации значительно сложнее, например, процесса абсорбции, так как в этом процессе перенос вещества всегда сопровождается теплопереносом. На первый взгляд может показаться, что скорость процесса ректификации зависит только от скорости подвода теплоты к разделяемой смеси. Однако в действительности это не так. Конечно, без подвода теплоты процесс ректификации происходить не будет. Но скорость процесса и его эффективность, как и в любом другом массообменном процессе, зависят обычно от скорости массопереноса между фазами, т.е. от скорости массоотдачи в фазах. Поэтому и для ректификации справедливы все положения, рассмотренные в гл. 15,-влияние на скорость процесса гидродинамических условий, физических свойств фаз и других факторов, выя вление лимитирующей стадии процесса, определение его движущей силы и т.д. [c.133]

Поскольку поверхностью контакта фаз при экстракции являются капли, образующиеся при диспергировании одной из фаз, то массоперенос при экстрагировании происходит через сферическую поверхность. Очевидно, что гидродинамические условия внутри капли и в сплошной фазе различны. Поэтому массоперенос в пределах каждой из фаз не может быть описан идентичными уравнениями. [c.152]

Широкое распространение в промышленности получили разнообразные по конструкции объемные кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем кристаллов. Интенсивное перемешивание при псевдоожижении увеличивает массоперенос, что приводит к ускорению роста кристаллов. Степень пересыщения раствора при этом достаточно быстро снижается. Если температуры и гидродинамические условия одинаковы, то в этом случае с уменьшением степени пересыщения раствора скорость роста кристаллов увеличивается быстрее, чем скорость образования зародышей. Поэтому метод псевдоожижения применяют для кристаллизации относительно слабо пересыщенных растворов вблизи границы метастабильной области. При этом необходимо регулировать степень пересыщения, температуру, время пребывания кристаллов в аппарате. Более крупные кристаллы быстрее осаждаются на дно, а кристаллы меньших размеров продолжают расти в псевдоожиженном слое. Тем самым в кристаллизаторах с псевдоожиженным слоем кристаллов возможно регулирование их размеров. [c.306]

При турбулизации жидкость стекает по насадке в виде пленки, но доля смоченной поверхности значительно возрастает и в пленку жидкости проникают вихри. Этому режиму соответствует линия вг. С повышением скорости газа увеличиваются турбулизация потоков и массоперенос конвективными токами. Третья точка перегиба (г)—точка инверсии фаз. При этих гидродинамических условиях возникает режим эмульгирования. [c.683]

Как видно из представленного выше материала гидродинамика и теория массопереноса в жидких пленках достаточно хорошо развиты для относительно простого случая низких скоростей переноса в ньютоновских жидкостях. Однако использование на практике пленочных течений требует обеспечения сложных гидродинамических условий, связанных, во-первых, с наличием нелинейных эффектов, приводящих к зависимости коэффициентов переноса от концентрации и температуры, во-вторых, с высокими скоростями переноса, в-третьих, с гидродинамической неустойчивостью пленок и возникновением в них турбулентности, а также с другими факторами. Поэтому дальнейшие исследования в этой области должны быть направлены на изучение нелинейных явлений в процессах переноса с использованием численных и новых экспериментальных методов. [c.130]

Обычно процесс должен приближенно описываться уравнением конвективной диффузии (73-2) с некоторым эффективным коэффициентом диффузии, который мы хотим вычислить. Этот коэффициент будет называться интегральным коэффициентом диффузии, поскольку он отражает некоторые средние свойства диффузионного слоя, расположенного вблизи электрода. Утверждение состоит в том, что этот коэффициент диффузии должен измеряться в системе с аналогичными гидродинамическими условиями. Например, интегральный коэффициент диффузии, измеренный на вращающемся дисковом электроде (разд. 103), должен использоваться при массопереносе в кольцевом зазоре или в трубе (разд. 105). Этот интегральный коэффициент диффузии отличается от интегрального коэффициента диффузии, измеренного методом ячейки с диафрагмой [8 . Аналогично интегральный коэффициент диффузии, измеренный в переходном режиме массопереноса к электроду, находящемуся на краю [c.303]

Анализ массопереноса упрощается при больших числах Шмидта, что характерно для растворов электролитов (разд. 106 и 107). Поправка на конечность числа Шмидта бывает различной в зависимости от гидродинамических условий. Обычно она не превышает нескольких процентов. Большое число Шмидта позволяет быть уверенным в том, что другие факторы учитываются должным образом. [c.304]

Если скорость процесса не зависит от гидродинамических условий его проведения, то реакция проходит в кинетической области. В противном случае лимитирующей стадией является массоперенос. Так, например, если в реакторе с механическим перемешивающим устройством суммарная скорость процесса зависит от скорости вращения мешалки, то реакция проходит [c.551]

Кинетика адсорбции растворенных веществ в зависимости от гидродинамических условий обтекания пористого материала, структуры его пор, размера зерен адсорбента и ряда других факторов определяется как внешним переносом молекул растворенных веществ из потока к поверхности частицы, так и переносом сорбируемых молекул внутри пористой частицы адсорбента. В исследовании кинетики адсорбции важное значение имеют разграничение и количественная оценка стадий, лимитирующих процесс адсорбции из водных растворов. Существуют качественные и количественные методы разграничения лимитирующих стадий. Количественное разделение стадий основано на использовании данных о кинетических коэффициентах внешнего и внутреннего массопереноса. Методы определения этих коэффициентов были разработаны до сих пор только для бинарных систем, состоящих из растворителя и растворенного вещества. Более сложная задача — определение кинетических коэффициентов переноса многокомпонентных смесей, которому в настоящем сообщении уделено особое внимание. [c.135]

Найденное из одного кинетического опыта значение >м можно затем применять для вычисления (3 в широком интервале изменений гидродинамических условий и эффективных размеров зерен адсорбента во всей области, где внешнедиффузионный массоперенос контролирует скорость адсорбции. [c.201]

Массопередача при экстракции происходит не через плоскую, а через сферическую границу раздела фаз, поэтому гидродинамические условия внутри капли и в сплошной фазе не идентичны. Конвекция в сплошной фазе связана с режимом ее движения и степенью турбулизации, а конвекция внутри капель однозначно определяется трением, возникающим в результате относительного движения фаз и вызывающим перемешивание (циркуляцию) жидкости внутри капли. Поэтому массоперенос в пределах каждой из фаз не может быть описан идентичными уравнениями (см. гл. П1). [c.256]

На массопередачу в экстракторах оказывают также влияние примеси поверхностно-активных веществ (ПАВ) на поверхности раздела фаз. Даже при очень малых концентрациях ПАВ способны подавлять деформацию капель, внутреннюю циркуляцию в них и нестабильность межфазной поверхности. Когда ПАВ адсорбируются на поверхности капель, то чаще всего, вследствие изменения гидродинамических условий, создается добавочное сопротивление массопереносу на границе раздела фаз. [c.257]

Конструировать гидродинамические электроды обычно труднее, чем стационарные и обеспечить воспроизводимые условия массопереноса, скажем, в протекающем растворе тоже непросто. Трудно получить и количественные соотношения для усло- [c.388]

Характерной особенностью процесса фильтрационного осветления является взаимозависимость кинетики осветления и гидравлических условий. По мере заиления фильтра происходит уменьшение пористости и, как следствие, при постоянстве расхода увеличение локальных скоростей и прирост потерь напора. В свою очередь изменение гидродинамических условий приводит к изменению условий массопереноса взвешенных частиц дисперсной фазы суспензии. Поэтому внешнедиффузионная кинетика зависит от концентрации вещества в сорбированной фазе, т. е. от концентрации осадка, что является специфической чертой динамики фильтрования. [c.186]

Если плотность поляризующего тока j соизмерима со скоростью массопереноса между приэлектродным слоем и толщей раствора, то концентрации реагирующих частиц в приэлектродном слое, входящие в уравнение (IV.2), зависят от величины / и гидродинамических условий, [c.91]

Общий вид уравнения был получен в результате анализа методом теории подобия дифференциальных уравнений, описывающих внутренний тепло- и массоперенос в капиллярно-пористых телах, движение газа с учетом гидродинамических условий взвешивания частиц материала, распространение поля температур в движущейся газовой фазе и граничные условия. [c.85]

При двух поверхностно-активных реагентах и практически одинаковых гидродинамических условиях в обеих фазах процесс массопереноса определяется соотношением движущих сил (К С) обоих реагентов. [c.176]

Изменение гидродинамических условий может отразиться на направлении массопереноса преимущественное перемешивание одной из фаз при соизмеримых значениях может полностью сместить зону реакции в эту фазу. [c.176]

Адсорбция растворенных веществ из потока фильтрованием через слой адсорбента называется динамической адсорбцией. Поскольку при такой адсорбции время контакта воды с адсорбентом меньше необходимого для достижения равновесия, в ее эффективности большую роль играет кинетика процесса, определяемая скоростью массопереноса в конкретных гидродинамических условиях. На интенсивность массопереноса из раствора к поверхности зерен активного угля влияет прежде всего турбулентность потока, зависящая от его скорости (вязкость сточных вод близка к вязкости чистой воды). Интенсивность массопереноса внутри зерен пористого адсорбента зависит от размеров пор и распределения их количества по диаметрам, от соотношения между эффективным сечением пор и размерами молекул адсорбирующихся веществ и от размера зерен активного угля, образующих поглощающий слой в адсорбционной колонне. Меняя гидродинамический режим сорбционной фильтрации, можно повлиять только на условия внешнего массопереноса. Поэтому процесс следует вести [c.88]

Несмотря на различную физико-химическую природу рассмотренных выше процессов, разработка математических моделей каждого из них и методология определения параметров во многих аспектах имеет много общего. Прежде всего для каждого из процессов характерны такие этапы, как исследование условий химического и фазового равновесия, причем для большинства из них по единой методологии и одним и тем же моделям оценка гидродинамической структуры систем с двумя (и более) фазами применительно к выбранному типу оборудования оценка параметров кинетических закономерностей (коэффициентов массопередачи, площади поверхности раздела фаз, коэффициентов диффузии и т, д.) для учета реальных условий массопереноса установление механизма химических реакций и оценка параметров (ддя процессов химического превращения, хеморектификации, хемосорбции), выбор разделяющего агента (для комплексов с разделяющими агентами). [c.37]

Если химическая реакция протекает в потоке, то на кинетику реакции накладываются гидродинамические условия системы. Макро-ккнетика изучает закономерности протекания физических (массо- и теплоперенос) и химических процессов во времени и пространстве ее законы и методы исследования представляют собой теоретическую основу современной химической технологии. При проектировании химического производства, в частности химических реакторов, необходимо учитывать скорости химической реакции, массопереноса и теплопереноса. Ярким примером процесса, где реакция, нагрев и диффузия вещества протекают одновременно, является горение, причем режим горения, как мы видели, определяется характеристиками всех трех процессов. Законы макрокинетики используются для построения моделей земной атмосферы, звездных туманностей, моделей образования и развития звезд и планет. [c.313]

Эффективность работы насадочных колонн существенно зависит от гидродинамических условий движения газа (пара) и жидкости. Гшфодинамика потоков определяется сложной геометрией каналов, формируемых размещением и размером насадки в слое и материалом насадочных элементов. Важными факторами также являются скорости потоков и физико - химические свойства фаз. Сложные зависимости отмеченных факторов и их взаимное влияние значительно затрудняют получить строгое математическое описание массопереноса и выполнить расчет эффективности разделения. Поэтому, обычно при составлении математических моделей принимают различные допущения. Приемлемость допущений корректируют и проверяют экспериментально. [c.139]

Процессом растворения управляют, варьируя различными технологическими факторами. Для увеличения скорости растворения можно изменять температурный режим, увеличивать разность концентраций уменьшать вязкость путем измерения гидродинамических условий V предварительно измельчать исходное вещество. Зачастую технологический процесс растворения проводят в реакторах, имеющих рубашку для обогрева паром или охлаждения системы водой или рассолом, и перемешивающее устройство. Перемещивание позволяет перемещать слои жидкости в реакторе, увеличивая разность концентраций и заменяя молекулярную диффузию в жидкой среде на конвектньгй и турбулентный массоперенос. Интенсивное перемешивание уменьшает толщину диффузного пограничного слоя, интенсивный массоперенос способствует быстрому завершению растворения. [c.366]

Механизм такого снижения коэффициентов массоотдачи в газовой фазе по сравнению со значениями, предсказываемыми теорией конвективного массопереноса, еще не достаточно изучен. Можно предположить, что это является следствием образования на границе раздела фаз энергетического или механического барьера из адсорбированного слоя молекул растворимых или нерастворимых веществ, обладающих поверхностно-активными свойствами. Влияние поверхностно-активных веществ (ПАВ), специально вносимых в жидкую фазу в небольших количествах, на скорость массопередачи исследовалось неоднократно [5]. Такое влияние в основном является негативным, однако при некоторых видах ПАВ может приводить и к ускорению массопередачи. Уменьшение скорости массопереноса при добавках ПАВ происходит не только вледствие изменения гидродинамических условий, в частности подавления циркуляции внутри капли или пузыря. Разработана модель [16], согласно которой растворимые ПАВ адсорбируются поверхностью капли или пузыря и накапливаются в кормовой ее части в количествах, достаточных для создания межфазного сопротивления или барьера. Присутствие не растворимых в воде веществ также может способствовать уменьшению скорости массопереноса. В [48] отмечается, что скорость испарения воды в пузырек падала в несколько раз, когда в воде присутствовали капельки не растворимого в ней ундекана, которые могли захватываться всплывающим пузырьком и экранировать его поверхность. Однако в настоящее время нет ответов на вопросы о том, могут ли незначительные количества ПАВ или загрязнений, содержащихся в обычных жидкостях, создать на поверхности [c.286]

В этом отношении идеальной геометрической формой является сфера при условии, что ее крепление сконструировано таким образом, чтобы не искажать распределения тока. Такую систему Мэттсон и Бокрис [5] использовали для изучения медного электрода. Растущая ртутная капля — другой распространенный пример этой геометрии. Дополнительные ее преимущества состоят в наличии воспроизводимой поверхности и известных гидродинамических условий, которые обеспечивают однородную скорость массопереноса к электроду (разд. ПО). [c.210]

Как и в любом массообменном процессе, скорость экстрагирования определяется скоростью протекания наиболее медленных стадий, и именно на эти стадии должны быть направлены интенсифицирующие воздействия. Для ускорения пропитки сырья экстрагентом необходимо удалить из него воздух, что достигается предварительным вакуумированием сырья, заменой воздуха в порах на газ с более высокой растворимостью в экстрагенте или проведением пропитки в переменном поле давления. Если скорость процесса ограничена скоростью растворения твердых включений внутри пористых тел (внутрикинетическая область), то на нее будег влиять температура и концентрация экстрагента в основном объеме жидкости. Если процесс протекает во внутридиффузионной области, т. е. лимитируется скоростью диффузии молекул в пористых телах, его ускорение достигается увеличением скорости диффузии, уменьшением размеров частиц или частичной заменой диффузионного массопереноса на конвективный. В том случае, когда наиболее медленной стадией является отвод ЦК с поверхности пористых тел шш подвод к ней экстрагента (внешнедиффузионная область), на скорость процесса существенное влияние оказываег гидродинамические условия в аппарате. [c.493]

Предельные условия массопереноса определяются наличием на поверхности раздела фаз диффузионного слоя, толш ина которого в гидродинамическом отношении является функцией толш,ины ламинарного пограничного слоя б [4]. Интенсификация массопереноса, таким образом, зависит от степени турбулизации потока, понижающей размеры ламинарного пограничного слоя. Естественно, в многокамерных системах гидродинамические условия варьируются как по площади отдельных камер, так и по ряду параллельно питающихся камер в этом случае можно говорить лишь о эквивалентной толщине ламинарного слоя, определяющей поляризацию системы в целом. Моделированием процесса в лабораторных условиях достигается относительно равномерная турбулизация, что позволяет получать локальные значения величин б (в исследованиях по гидродинамике и массонереносу), необходимые для оценки эффективности конструкции. [c.132]

Рассмотрим случай, когда водная и дихлорэтанпая фазы находились в одинаковых гидродинамических условиях, т. е. при перемешивании обеих фаз. Приняв, что адсорбционный слой одного реагента не влияет на скорость массопереноса второго реагента и перенос обоих происходит независимо, скорость массопе])еноса амина можно записать [ > ] [c.176]

Во-вторых, массопередача Д2ЭГФК в водную фазу связана с наличием равновесия димер мономер и процессами диссоциации. Наибольшую ценность представляли исследования массопереноса в эмульсиях, т. е. в гидродинамических условиях, близких к тем, при которых рядом авторов отмечалось химическое торможение, например при экстракции Ре +, Ат +[14, 15]. [c.117]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология