Гидродинамическая коагуляция

Гидродинамическая коагуляция — слипание частиц за счет увеличения числа их столкновений при перемешивании жидкости в электрореакторе. Перемешивание жидкости может осуществляться как продуктами электрохимических реакций (электролизные газы, конвективные потоки и т. д.), так и за счет конструктивных приемов выполнения электродных систем. [c.114]

Физические явления, протекающие в аэрозоле при воздействии акустических волн, весьма многообразны. Отдельная частица, взвешенная в газе, вовлекается в колебательное движение, на нее действует давление звукового излучения, вызывая ее дрейф, она вовлекается в движение акустическими течениями и т. д. Между отдельными частицами возникает гидродинамическое взаимодействие. Перечисленные явления могут служить причиной сближения частиц и их коагуляции. [c.134]

Рассмотрим кинетику агрегации (коагуляции) крупных частиц с линейными размерами более 5-10 см. Пусть крупная частица объема (г— х) обладает сечением захвата 5о( х, г— х), представляющим площадь, перпендикулярную оси движения большой частицы, характеризующуюся тем, что, если центр частицы размера 1 прошел через эту площадь, то она слипается с большей частицей. Причем сечение захвата не равно площади л(ац+а, так как столкновение в несущей фазе не похоже на чисто геометрическое столкновение биллиардных шаров. Вследствие гидродинамического взаимодействия частиц даже при почти центральном их сближении, когда столкновение казалось бы неизбежным, частицы могут обойти друг друга не коснувшись. [c.95]

Расчеты, основанные на уравнениях Брандта и др. [114], показывают, что при частотах до 50 кГц основным механизмом агломерации является ортокинетическая коагуляция, а гидродинамические силы, существующие между частицами, не участвуют в агломерации. При сверхвысоких частотах —порядка сотен кГц, когда ортокинетической коагуляцией можно пренебречь, основной агломерирующей силой становятся гидродинамические. [c.525]

Кинетические факторы, снижающие скорость коагуляции, связаны в основном с гидродинамическими свойствами среды с замедлением сближения частиц, вытекания и разрушения прослоек среды между ними. [c.275]

Гидродинамическое сопротивление прослойки среды вытеканию— это один из кинетических факторов устойчивости. Утоньшение прослойки дисперсионной среды в процессе коагуляции связано с вяз- [c.254]

Гидродинамическое сопротивление прослойки среды вытеканию — один из кинетических факторов устойчивости. Утоньшение прослойки дисперсионной среды в процессе коагуляции связано с вязким вытеснением жидкости из узкого зазора между частицами. Для твердых частиц скорость течения жидкости на границе раздела фаз равна нулю, а в середине зазора — максимальна. Скорость уменьшения ширины зазора с1А/(1/ между двумя плоскопараллельными поверхностями в форме круга радиуса г (рис. 1Х-7) связана с объемом жидкости, вытекающей через боковую поверхность цилиндрического зазора за одну секунду соотношением [c.305]

Из приведенной краткой характеристики различных видов коагуляции можно заключить, что в рассматриваемом процессе наиболее существенными являются турбулентная и кинематическая коагуляции. Турбулентная определяется гидродинамической картиной распыла для струи в целом, ее механизм весьма сложен, и, несмотря на отдельные теоретические исследования по этому вопросу [2.45], рассмотрение ее в рамках данной работы не представляется возможным. [c.112]

Методы предочистки хорошо известны (коагуляция, осаждение, фильтрация и т.д.), но выбор их достаточно сложен, так как при этом должен учитываться ряд факторов, влияющих на процесс загрязнения мембран,-конструкция аппарата и гидродинамический режим в нем, тип мембраны (плоская, волоконная, трубчатая) и т. п. [c.355]

Рассмотрим гидродинамическую модель образования дисперсии ПВХ в пластификаторе в зависимости от размера частиц. Известно, что смешение порошков с жидкостью в смесителях осуществляется за счет потоков жидкости, профиль которых зависит от конструкции смесителя и формы мешалки [86]. Известно также, [67], что разделяющая частицы порошка гидродинамическая сила пропорциональна квадрату радиуса частиц, а молекулярные силы притяжения частиц пропорциональны первой степени их радиуса. Из этого следует, что существует такой диаметр частиц, для которого гидродинамическая сила, возникающая при диспергировании, больше силы притяжения. Однако с увеличением размера частиц появляется возможность их коагуляции на дальнем расстоянии, которая обусловлена наличием вторичного потенциального минимума на потенциальной кривой взаимодействия двух частиц и качественно отлична от коагуляции частиц в глубоком первичном потенциальном минимуме [67]. Вероятно поэтому легкая диспергируемость пастообразующих марок ПВХ обусловлена возможностью образования периодических коллоидных структур [36] во внешнем силовом гидродинамическом поле по следующему механизму [c.262]

Учет гидродинамического взаимодействия в процессе броуновской диффузии обсуждался в разделе 6.2. Рассмотрим теперь учет гидродинамического взаимодействия при турбулентной коагуляции. Формально его можно учесть [c.220]

Чтобы понять основную причину несоответствия теории турбулентной коагуляции, основанной на диффузионном механизме столкновения, рассмотрим последовательно взаимодействие капель с учетом гидродинамических, молекулярных, электростатических и электрических сил. [c.349]

Основным недостатком модели турбулентной коагуляции, предложенной В. Г. Левичем [19] и отвергаемой многими исследователями, является значительное завышение частоты столкновений капель. Поэтому в настоящее время наиболее распространенной моделью коагуляции частиц в турбулентном потоке является модель сдвиговой коагуляции [109]. Поскольку в модели В. Г. Левича не учитывалось гидродинамическое взаимодействие частиц, то оценим влияние гидродинамического взаимодействия частиц на частоту их столкновения. [c.351]

Коагуляция капель при наличии только молекулярной силы притяжения называется быстрой. В наших обозначениях это соответствует значению параметра /г О. Соответствующий диффузионный поток обозначим через Влияние гидродинамических и молекулярных сил на частоту коалесценции можно проследить, сравнивая поток а с потоком Э"о без зачета этих сил взаимодействия. Этот поток можно получить из (13.82), если положить Р = 0, к = ко и Пг = Ого- [c.356]

Рассмотрим теперь процесс коалесценции с учетом молекулярной и электростатической сил. В рассматриваемом случае наибольший интерес представляет зависимость фактора устойчивости f от параметров задачи к, Ц, 5 , Sr, х и а, а также определение критерия перехода медленной коагуляции в быструю. В разделе 11.5 было рассмотрено условие перехода медленной коагуляции в быструю в рамках теории ДЛФО одинаковых коллоидных частиц без учета гидродинамического взаимодействия [c.357]

В работе [32] показано, что учет гидродинамического взаимодействия при турбулентной коагуляции одинаковых твердых частиц приводит примерно к такому же результату. Метод, с помощью которого получен этот результат, состоял в асимптотической оценке интеграла типа (13.106) путем исследования поведения подынтегральной функции в окрестности 5 = 2. Поскольку для твердых частиц при 5 2 коэффициент гидродинамической силы ведет себя как /2(5) 1/(5 - 2), то основной вклад в значение интеграла дает значение подынтегральной функции в области 5-2. Однако для капель с подвижной поверхностью при 5 2 имеем к(з) /(з - 2) , и подынтегральная функция в окрестности х = 2 не дает основной вклад в значение интеграла. Поэтому значение интеграла приходится определять численно и находить значения параметров 5л/5д и т, при которых f станет равным 1 (см. рис. 13.29). [c.358]

Заметим, что при проведении расчетов не учтены такие факторы, как гидродинамическое сопротивление движению капель, а также силы молекулярного взаимодействия. В дальнейшем будет показано, что правильный учет этих сил заметно увеличивает характерное время коагуляции капель. [c.389]

Для капель, соизмеримых (/ , -/ 2) и сильно отличающихся по размерам (/ , К ), диффузионный поток с учетом гидродинамических и молекулярных сил даются формулами (13.90) и (13.96), а соответствующие частоты коагуляции — формулами (13.97) и (13.98). Оба предельных выражения, а также значения частот коагуляции в промежуточной области размеров капель аппроксимируются следующим выражением [6] [c.391]

Так же, как и раньше, будем рассматривать г, как характерное время коагуляции полидисперсного ансамбля капель, обусловленной механизмом турбулентной диффузии с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействий. Оценим это время. Для характерных значений потока рд= 40 кг/м , = 5 10 м, Цо= 1,2 10 Па с, W= 2 10 м /м и параметров распределения Ran =10-5 /г = 3 имеем 1/т, =0,257. При этом увеличение радиуса капель в 2 раза происходит за время t 7 с. Это время почти на два порядка больше, чем для монодисперсного распределения без учета гидродинамических и молекулярных сил. Такая большая разница характерных времен обусловлена, конечно, не учетом полидисперсности распределения, поскольку и метод моментов и сделанное упрощение при определении решения уравнения (15.44а) нивелирует полидисперсность, а учетом сил взаимодействия. [c.394]

Рассмотрим теперь коагуляцию, обусловленную инерционным механизмом. В этом случае учет молекулярных и гидродинамических сил приводит к следующей частоте коагуляции [7] [c.394]

Входящие в (17.139) константа коагуляции К(и, У) и функции [(и, V) и д(и), характеризующие процессы коалесценции и дробления капель, определяются путем анализа поведения капель в поле гидродинамических, поверх-466 [c.466]

Входящее в выражение для ядро коагуляции /С(со, V), называемое иногда константой коагуляции, обусловливает частоту столкновения капель объемами со и У и может быть определено в результате исследования относительного движения двух капель под действием различных сил взаимодействия — гравитационной, гидродинамической, молекулярной. Характер гидродинамической силы зависит от структуры потока. В ламинарном потоке относительное движение капель различного размера происходит за счет гравитационного осаждения и градиента скорости несущей среды. При этом /С(со, V) определяется сечением столкновения капель и находится в результате анализа траекторий движения одной капли относительно другой [см. раздел 13.1]. В турбулентном потоке сближение капель происходит за счет хаотических пульсаций, приводящих к большему по сравнению с ламинарным потоком числу актов столкновения в единицу времени. Существуют три основных механизма, обусловливающих сближение и коагуляцию капель в турбулентном потоке инерционный, за счет различных скоростей движения отличных по размерам капель сдвиговый (градиентный), вызванный наличием сдвигового течения в окрестности рассматриваемой капли при обтекании ее пульсациями различного масштаба турбулентная диффузия, в основе которой лежит предположение об аналогии между процессом диффузии и движением капель под действием случайных турбулентных пульсаций. В разделе 13.6 показано, что применительно к рассматриваемому процессу основной вклад в скорость коагуляции капель в турбулентном потоке дает механизм турбулентной диффузии, и ядро коагуляции с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействия капель имеет вид [c.547]

В отсутствие сдвиговых напряжений длина цепей, как и размер флокул при коагуляции вне поля, ничем не ограничена и растет в процессе коагуляции до тех пор, пока концы цепи не упрутся в стенки сосуда или канала. Последний удобно представить в виде узкого канала (щели) шириной А. Остальные его размеры не ограничены. Цепи ориентированы перпендикулярно стенкам канала. Сдвиговое течение в нем создается тем, что одна из его стенок движется относительно другой со скоростью и, задавая тем самым величину градиента скорости течения у = и к. В потоке цепи разрущаются до гидродинамически равновесной длины, которая меньше ширины канала. [c.713]

Режимы движения фаз в колонных аппаратах чрезвычайно многообразны. Знание закономерностей поведения фаз в каждом режиме и пределов изменения гидродинамических параметров, в которых существует тот или иной режим, соверщенно необходимо при правильном определении условий проведб йя химических и тепло-массообменных процессов. Многообразие режимов движения фаз в аппаратах колонного типа обусловлено многими факторами в частности, многообразием участвующих в движении сред (твердые, жидкие и газообразные), многообразием величин и направлений скоростей фаз, различными условиями ввода и вывода фаз, возможностью возникновения различного рода неустойчивостей в двухфазном потоке, возможностью протекания процессов дробления и коагуляции частиц, а также влиянием поверхностно-активных веществ и различных примесей на поведение капель и пузырей. Однако при всем многообразии различного вида течений, встречающихся в колонных аппаратах, можно вьщелить определенный класс дисперсных потоков, которые имеют ограниченное число установившихся режимов, а поведение фаз в этих режимах определяется общими для всех систем закономерностями. Такие потоки можно назвать идеальными. Они существуют при скоростях движения фаз, сравнимых со скоростью их относительного движения. При этом частицы распределены достаточно равномерно по сечению аппарата если и существуют градиенты концентрации дисперсной фазы, то они имеют конечную величину. Это означает, что концентрация частиц в среднем меняется от точки к точке непрерывным образом. Форма частиц близка к сферической, а их размер не слишком отличается от среднего размера частиц в потоке. [c.86]

Структура осадка прежде всего определяется гидродинамическими факторами, к числу которых относятся пористость осадка, размер составляющих его твердых частиц и удельная поверх1Ность или сферичность этих частиц. Однако на структуру осадка очень сильно влияет и ряд других факторов, которые до некоторой степени условно можно назвать физико-химическими. Такими факторами являются, в частности, степень коагуляции или пептизации твердых частиц суапензии содержание в ней смолистых и коллоидных примесей, закупоривающих поры влияние двойного электрического слоя, возникающего на границе раздела твердой и жидкой фаз в присутствии ионов и уменьшающего эффективное сечение пор наличие сольватной оболочки на твердых частицах (действие ее проявляется при соприкосновении частиц в процессе образования осадка). Вследствие совместного влияния гидродинамических и физико-химических факторов изучение структуры и сопротивления осадка крайне ослоя няется, и возможность вычисления со противления как функции всех этих факторов почти исключается. Влияние физико-химических факторов, тесно связанное с поверхностными явлениями на границе раздела твердой и жидкой фаз, в особенности проявляется при небольших размерах твердых частиц суспензии. По мере увеличения размера твердых частиц усиливается относительное влияние гидродинамических факторов, а по мере уменьшения их размера возрастает влияние физико-химических факторов. [c.14]

Вибрационные очистители, основанные на явлении коагуляции твердых частиц в поле колебаний, представляют собой, как правило, камеру с генератором ультразвуковых колебаний. Известны два способа возбуждения ультразвуковых колебаний в масле — гидродинамический и механический. В первом случае колебания создаются гидродинамическими излучателями, во втором — магнитострикционными или пьезоэлектрическими преобразователями, соединенными с колебательными элементами. Предпочтительнее применять магни-тострикционные преобразователи, имеюшие большую мощность и позволяющие получать ультразвуковые колебания высокой интенсивности. При относительно кратковременном действии ультразвука на масло, содержащее тонкодиопергированные твердые загрязнения, последние агрегируются, после чего их можно легко удалить отстаиванием или фильтрованием. Установлено что при действии ультразвуковых колебаний с частотой 15—25 кГц удается в 5—6 раз сократить время отстаивания нефти при ее обезвоживании [66], однако этот [c.178]

Механизм акустической флокуляции до конца не выяснен, но можно лредположйть, что он сочетает следующие три фактора [119] совместное колебание частиц и газа, так называемая орто-кинетическая коагуляция [114] давление звукового излучения [438] и гидродинамические силы притяжения и отталкивания между соседними частицами. [c.520]

В ранних работах не учитывали также влияние акустической турбулентности в полях высокой интенсивности при низкой турбулентности, что было недавно отмечено Матулой [564] и Подощерни-ковым [651, 652]. Теоретическое значение гидродинамических сил было исследовано Пшеной-Севериным [664], который пришел к выводу, что наряду с ортокинетической коагуляцией они представляют собой существенный фактор в процессе агломерации частиц диаметром от 3 до 30 мкм в относительно низкочастотных акустических полях. Кроме того, Тимошенко изучал взаимодействие [c.525]

Гидродинамический фактор снижает скорость коагуляция благодаря изменению вязкостп среды и плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды. [c.276]

Относительно фильтрования Минц ввел термин контактная коагуляция. В дальнейшем это понятие было конкретизировано на основе теории Дерягина. Фильтрование неагрегированных дисперсий обеспечивает эффект водоочистки на основе двухстадийного механизма, подобного рассмотренному применительно к микрофлотации. Однако и транспортная стадия, и стадия прилипания в случае фильтрования имеют свои особенности. Отношение скорости фильтрования к размеру гранул в случае фильтрования на так называемых скорых фильтрах почти на один-два порядка меньше, чем в случае всплывающего пузырька. Это приводит к снижению роли ДГВ. При фильтровании осаждение в большей степени осуществляется за счет седиментации, если только разность плотностей частицы и среды не мала. Так как градиенты скорости при фильтровании на один-два порядка меньше, чём при флотации, резко снижается гидродинамический отрыв частицы. Это означает, что адагуля-ция при фильтровании может протекать при малой глубине дальней потенциальной ямы. Важным следствием является то, что при фильтровании возможно и многослойное покрытие по- [c.373]

Метод конверсии метана во взвешенном (кипящем) слое катализатора позволит проводить процесс в принципиально новых гидродинамических условиях и избежать недостатков, которые характерны для неподвижного слоя. Большая работа по синтезу механически прочной активности А1зОз и катализаторов на ее основе, в частности катализаторов конверсии метана с водяным паром, проведена в Институте нефти АН СССР [21—24 [. Однако результаты, достигнутые по упрочнению гранул, оказались недостаточными для эксплуатации катализатора в условиях взвешивания. Механически прочный к истиранию носитель можно получить быстрой коагуляцией гидрозоля алюминия [19, 20, 25, 261. Разработан способ приготовления [c.67]

Для частиц, размер которых превышает 0,1 мкм, (р,2)(игь > (Р12)ьголл-Приведенные в зтом разделе выражения для частот столкновения в процессах броуновской, сдвиговой и турбулентной коагуляции получены без учета гидродинамического молекулярного и электростатического взаимодействий частиц. Учет этих взаимодействий значительно осложняет задачу. В частности, в коэффициентах броуновской и турбулентной диффузии необходимо учитывать гидродинамическое сопротивление частицы с учетом искажения поля скоростей, вызванного присутствием соседних частиц, а в уравнении диффузии учитывать конвективный поток за счет сил молекулярного взаимодействия частиц. В случае градиентной коагуляции в ламинарном потоке необходимо рассматривать траектории относительного движения частиц с учетом гидродинамических и молекулярных сил взаимодействия. [c.220]

Расчету сечения столкновения частиц посвящено довольно много работ, которые можно разделить на три группы в зависимости от степени учета сил взаимодействия частиц. Укажем лищь некоторые из них. Первые работы были выполнены Смолуховским [8] в них построена теория коагуляции коллоидов без учета гидродинамических сил взаимодействия частиц. В большинстве последующих работ рассматривалось движение частиц в маловязкой среде применительно к проблемам коагуляции капель и частиц в атмосфере [9, 10]. Учет гидродинамического взаимодействия двух медленно движущихся сферических частиц в вязкой жидкости на основе приближенных выражений, полученных методом отображений и справедливых, только если частицы находятся относительно далеко друг от друга, был сделан в работах [11 — 13]. В частности, в [И] таким образом определено сечение столкновения для двух сферических частиц разного радиуса, осаждающихся в поле силы тяжести. Результаты этой работы были использованы в [12] для расчета сечения столкновения частиц сравнимых размеров в электрическом поле. Расчет сечения столкновения двух заряженных частиц, когда одна из них значительно меньше другой, сделан авторами работы [14]. Более точный учет гидродинамических сил был осуществлен в [13, 15, 16]. Отметим, что в [15] определено сечение столкновения проводящих капель различного размера во внешнем электрическом поле, а в [16] — и с учетом заряженных капель. В последних двух работах учитывались как гидродинамические, так и электрические силы, полученные при точном решении соответствующих гидродинамических и электростатических задач. Во всех указанных работах рассматривалось взаимодействие частиц без учета внутренней вязкости. В работе [17] определено сечение столкновения двух сферических капель, внутренняя вязкость которых отлична от вязкости окружающей жидкости. Там же учтена также сила молекулярного взаимодействия капель, обеспечивающая возможность их коалесценции. [c.255]

Это значит, что гидродинамическое сопротивление частиц уменьшает частоту их столкновения на 1—2 порядка, что согласуется с имеющимися в литературе экспериментальными данными и устраняет основное противоречие в модели турбулентной коагуляции. Влтшние гидродинамического взаимодействия [c.351]

Для броуновской диффузии ма.теньких частиц влияние гидродинамического взаимодействия на частоту столкновения было исследовано в работах [28, 29], в которых также отмечено уменьшение в 1,5 — 2 раза частоты столкновения. Это уменьшение не такое сильное, как в случае турбулентной коагуляции. Столь существенная разница в степени влияния гидродинамического взаимодействия на частоту столкновения частиц в турбулентном потоке и при броуновском движении объясняется, во-первых, разницей в размерах частиц (характерный размер частиц, участвующий в броуновском движении, намного меньше размера частиц, характерных при турбулентном движении эмульсий), а во-вторых — различным влиянием гидродинамических сил (коэффициент броуновской диффузии обратно пропорционален первой степени коэффициента гидродинамического сопротивления /г, в то время как коэффициент турбулентной диффузии — второй степени И). [c.352]

Сравним скорость коагуляции в мешалке по диффузионной модели со скоростью коагуляции, найденной в [109] по модели сдвиговой коагуляции и подтвержденной результатами экспериментов [108]. На рис. 13.35 по оси ординат отложено 7- — отношение частоты коагуляции твердых частиц одинакового размера, найденной путем определения относительных траекторий частиц в сдвиговом потоке со средней скоростью сдвига у = (4eo/15rtV ) с учетом молекулярного и гидродинамического взаимодействия частиц, к частоте коагуляции, найденной в [105] по простой модели сдвиговой коагуляции без учета молекулярных и гидродинамических сил. По оси абсцисс отложен безразмерный параметр Nj = 6u[i R y/r. Для модели турбулентной коагуляции с учетом введенных ранее безразмерных параметров получим 5 = l,16/iV7-, aT- = 0,15J. Сравнение значений ат, рассчитанных по моделям сдвиговой и турбулентной коагуляции, дает заметную погрешность при определении скорости коагуляции в мешалке, особенно в областях малых и больших значений параметра молекулярного взаимодействия частиц. [c.361]

Учет гидродинамического и молекулярного взаимодействий капель можно сделать так же, как это было ранее сделано для эмульсий в разделе V. При сближении капель под действием турбулентных пульсаций до расстояний, меньших >.0, они испытывают значительное сопротивление окружающей среды, а также силы молекулярного притяжения, которые и обеспечивают столкновение и слияние капель. Если основным механизмом коагуляции капель является механизм турбулентной диффузии, то коэффициент турбулентной диффузии зависргг от коэффициента гидродинамического сопротивления [см. (11.70), (11.72) и (11.74)], а следовательно, и от относительного зазора между сближающимися каплями [c.391]

Главным технологическим условием эффективной очистки волы от нефтепродуктов на напорных флотационных установках является оптимальное соотношение между дисперсным составом и электрокинетическими свойствами эмульсии сточных вод, с одной стороны, и дисперсным составом, счетной концентрацией пузырьков воздуха и гидродинамическим режимом во флотаторах — с другой. В случае применения коагулянтов (флокулянтов) очень пажно режим напорной флотации увязать с режимом коагуляции или флокуляции. Конкретные параметры работы напорной флотационной установки в тех или иных условиях устанавливаются путем оптимизационных расчетов на основе технологических зависимостей, приведенных в гл. 4—6. [c.237]

Гранулометрический состав коагулирующей дисперсной системы в любой момент времени в принципе может быть вычислен с помощью фундаментальных уравнений кинетики коагуляции Смолуховского. Однако для реализации этой возможности необходимо с помощью других уравнений учесть изменение в процессе коагуляции ряда параметров, влияющих на скорость коагуляции, в некоторых случаях даже на направление этого процесса. Прежде всего, это изменение структуры частиц, поскольку вместо монолитных исходных частиц при коагуляции образуются более или менее рыхлые флокулы. Их размер, гидродинамические свойства, плотность, концентрация, скорость оседания с одной стороны влияют на процесс коагуляции, а с другой стороны они сами определяются ходом коагуляции. Таким образом, коагуляция, структурирование, оседание частиц оказываются разными сторонами единого сложного процесса структурных превращений дисперсной системы. Задача заключается в нахождении параметров и способов, с помощью которых можно описать этот процесс всесторонне. С этой целью первоначально необходимо рассмотреть по отдельности каждый из основополагающих процессов — коагуляцию дисперсной системы, ее структурирование и расслоение под действием силы тяжести — и затем найти связь этих процессов. [c.696]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология