Коэффициенты конвективной массопередачи

КОЭФФИЦИЕНТЫ КОНВЕКТИВНОЙ МАССОПЕРЕДАЧИ [c.443]

Массопередача в жидкости может вызвать разность плотностей, которая приведет к естественным конвективным токам, подобным естественной конвекции при теплопередаче. Коэффициенты конвективной массопередачи могут быть рассчитаны по уравнениям, применяемым для теплопередачи, путем замены чисел Нуссельта и Прандтля на числа Шервуда и Шмидта соответственно. Число [c.496]

Хотя концентрация каждой фазы уменьшается с увеличением расстояния 2 от низа колонны, массопередачей в направлении z обычно пренебрегают. Абсорбируемое вещество передается в направлении падения концентрации из потока газовой фазы к поверхности жидкости, а оттуда в объем жидкой фазы. Перенос вещества осуществляется посредством как турбулентной, так и молекулярной диффузии, и описывается различными коэффициентами конвективной массопередачи. Если колонна очень высокая, то почти все абсорбируемое вещество удаляется из газа, уходящего из верхней части колонны. [c.535]

В последнее время большое внимание уделяется вопросам масштабного перехода от аппаратов лабораторного размера к промышленным. Как показал опыт, при увеличении диаметра массообменных аппаратов их эффективность часто существенно снижается, хотя элементы конструкции остаются неизменными. Если не принять специальных. мер, то коэффициент масштабного перехода, то есть отношение высоты единицы переноса производственного аппарата и лабораторной колонны, может составить 10 и более. Указывалось что к. п. д. стандартных ректификационных колпачковых тарелок при увеличении диаметра колонны от 1,0 до 3,0 м уменьшался вдвое. В то же время при увеличении диаметра аппарата ни химическая сторона процесса, ни конвективная массопередача от пленки, пузырьков или капель не из.меняются. Однако происходит изменение гидродинамики аппарата в целом потоки в больших аппаратах распределяются по сечению неравномерно. иногда наблюдается каналообразование. Было показано что именно эти явления вызывают снижение эффективности. Вероятность различных нарушений равномерности рас- [c.132]

Коэффициенты конвективной массоотдачи были определены по аналогии с коэффициентами теплоотдачи. Чтобы узнать скорость переноса, нужно умножить удельный поток на поверхность, через которую происходит перенос. Такая интерпретация возможна в теплообменнике или при массопередаче между твердой поверхностью и жидкостью. Однако межфазную поверхность между жидкостью, стекающей вниз по насадке абсорбционной колонны, и газом, поднимающимся по колонне, трудно измерить или рассчитать, так что она зачастую неизвестна. То же относится к распылительным скрубберам и аппаратам для жидкостной экстракции. [c.484]

Подобные же уравнения можно написать для скорости массопередачи каждого реагента. В слое насадки существенен перенос вещества как путем молекулярной, так и конвективной диффузии. Действительный коэффициент диффузии, который учитывает оба фактора, может быть определен посредством модифицированного закона Фика [c.243]

Установлено, что скорость массопередачи определяется соотношением конвективного массообмена и молекулярной диффузии. Зависимость от О экспериментально подтверждена рядом исследователей [13—21 и др.]. Однако эти работы подтверждают одновременно и зависимость скорости массопередачи от наличия конвективного переноса. Различие гидродинамической обстановки обусловливает и различный вклад молекулярной и конвективной диффузии в процессы переноса в сплошной и дисперсной фазах. Более того, по данным некоторых исследователей [22, 23], на иоверхности капли могут существовать несколько зон с различным механизмом массопередачи, хотя на практике обычно определяется величина коэффициента массопередачи, усредненная по всей поверхности капли [c.197]

Полученное распределение скоростей используется для решения уравнения конвективной диффузии, и определяются локальные коэффициенты массопередачи в виде функции сферических координат. [c.198]

Выше, при рассмотрении конвективного теплообмена, тепловой поток, в целях упрош,ения, бы.о выражен через простое уравнение теплоотдачи (закон охлаждения Ньютона), и сложность задачи заключалась в отыскании для каждого частного случая числовых значений коэффициентов теплоотдачи а. Аналогично при рассмотрении массопередачи количество вещества, переносимого из одной фазы системы в другую, мы выразили простым обшим уравнением массообмена таким образом с (ожность решения задачи массообмена осталась для нахождения числовых значений коэффициентов массопередачи Ку и [c.473]

В. Перемешивание увеличивает коэффициент массопередачи или константу скорости процесса вследствие замены молекулярной диффузии конвективной, т. е. снижения диффузионных сопротивлений, препятствующих взаимодействию компонентов. Следовательно, усиление перемешивания взаимодействующих веществ целесообразно применять для процессов, идущих в диффузионной области до тех пор, пока общая константа скорости процесса к [см. формулы (П.63) — (П.65)] не перестанет зависеть от коэффициентов переноса О, т. е. вплоть до перехода процесса из диффузионной области в кинетическую, где к выражается формулой (П.64). Дальнейшее усиление перемешивания в проточных аппаратах снижает движущую силу процесса и скорость реакции. [c.74]

Уменьшение коэффициентов массопередачи в конвективно устойчивом направлении переноса Линде объяснил эффектом успокаивания вихрей (сопротивление обновлению поверхности устойчивых системах. В более поздней работе [55 ную сетку между краем лопасти и поверхностью раздела фаз, Линде [c.241]

Для исследования массопередачи из капель [48, 49, 57, 58] использовали аппарат, состоящий из двух микронасосов, соединенных с капилляром таким образом, чтобы с помощью одного насоса образовалась капля в кольцевом пространстве между трубкой из нержавеющей стали п стенкой капилляра, а другой насос отсасывал эту каплю через стальную трубку. На такой установке был определен средний во времени коэффициент массопередачи в системах бензол — вода с фенолом, уксусной кислотой, хлорбензолом и ацетоном. Во всех экспериментах сплошной фазой была вода. Переход фенола исследовался в обоих направлениях, а других веществ только в конвективно устойчивом направлении, т. е. из бензола в воду. [c.242]

Третий подход основан на рассмотрении системы уравнений конвективной диффузии с химической реакцией в пограничном диффузионно-реакционном слое с учетом модельных представлений. Такой подход дает возможность построить приближенное математическое описание хемосорбционного процесса, учитывающее влияние на скорость массопередачи определяющих параметров (число Рейнольдса, концентрации реагентов в газе и жидкости, давление, температура, константы скорости и равновесия реакции, стехиометрические коэффициенты и др.). [c.6]

По мнению М. В. Островского [114], на поверхности раздела фаз существуют участки с равновесным и неравновесным поверхностным натяжением , а разность между последними является движущей силой, поддерживающей существование конвективных ячеек. Положение о существовании участков поверхности, где отсутствует равновесие между фазами, весьма спорно. Возможно, для некоторых физико-химических систем поверхностное сопротивление играет определенную роль. Анализ предложенного им метода определения поверхностной концентрации показал, что исходные положения метода не правильны, в результате чего получен противоречащий опытным данным результат соотношение коэффициентов массоотдачи для каждой из фаз определяется только соотношением объемов фаз и никоим образом не зависит от гидродинамических условий. Причина ошибки заключается в следующем. При рассмотрении нестационарного процесса массопередачи не учитывается, что скорость изменения концентрации в пограничном слое намного больше скорости изменения концентрации в объеме. [c.96]

Локальная модель массопередачи. На данном этапе учитываются макрокинетические особенности процесса. Совместное рассмотрение процессов переноса и химической реакции на основе уравнения конвективной диффузии, записанного для пограничного реакционно-диффузионного слоя, позволило получить приближенное уравнение (2.39) для расчета скорости поглощения, хорошо описывающее результаты численного решения. Уравнение (2.39) включает эмпирический коэффициент Рж и поверхность контакта фаз. [c.171]

Описанный метод решения не позволяет найти требуемое в ряде случаев распределение концентраций по поперечной координате. Поэтому приведены результаты исследований применительно к массопередаче с более простой химической кинетикой при указанном ограничении рассмотрены также результаты совместного решения уравнений конвективной диффузии в обеих фазах и проанализирован альтернативный метод расчета скорости хемосорбции на основе известной функции распределения коэффициента турбулентной диффузии вблизи свободной поверхности. [c.222]

Решение системы дифференциальных уравнений конвективной диффузии для случая массопередачи от сферической капли при одинаковом сопротивлении в обеих фазах, сосредоточенном в диффузионном пограничном слое, мало пригодно для практического использования. В связи с этим при определении общего диффузионного потока на каплю в работе [19] было выполнено численное интегрирование общей системы уравнений для определения плотности диффузионного потока по поверхности капли и во времени. В результате интегрирования для коэффициента массопередачи в дисперсной фазе получены следующие выражения, П9 которым [c.82]

Материальный баланс складывается из количества вещества, переданного массопередачей и определяемого уравнениями (3.3) и (3.6), а также — конвективной и турбулентной диффузиями, т. е. гидродинамическим путем. Под конвективным потоком здесь понимается количество вещества, передаваемое принудительным движением основного потока. В диффузионной модели конвективные потоки распределенного компонента в жидкости и газе в элементарном объеме аппарата длиной dz равны соответственно Ldx и G dy. Потоки компонента в жидкости и газе, вызванные турбулентной диффузией, т. е. гидродинамического характера, определяются по аналогии с потоком молекулярной диффузии как произведение градиента концентраций на коэффициент турбулентной диффузии и площадь поперечного сечения потока (1 — ф) [c.178]

В общем случае рассмотрение задачи о массопереносе через сферическую границу раздела фаз включает следующие этапы. Решается система уравнений Навье — Стокса, записанных для каждой из фаз, и определяется распределение скоростей в фазах. Полученное распределение скоростей используется для решения уравнения конвективной диффузии и определяются локальные коэффициенты массопередачи в виде функции сферических координат. Вычисляется среднее по всей поверхности капли значение коэффициента массопередачи в виде функции от времени протекания процесса. Рассчитываются средние по времени коэффициенты массопередачи. Однако, при практическом рассмотрении данного вопроса делаются определенные допущения. Выделяются три случая лимитирующего сопротивления дисперсной фазы лимитирующего сопротивления сплошной фазы и соизмеримых сопротивлений в обеих фазах. [c.123]

Следует отметить, что при интенсивном перемешивании газовой или жидкой фазы массопередача совершается в основном н е м о л е к у л я р н о й д и ф ф у 3 и е й, коэффициенты которой приведены выше, а турбулентной диффузией, которая обычно возрастает с повышением температуры вследствие усиления конвективных токов. [c.143]

Коэффициентом конвективной массопередачи пользуются при вынун<денной и естественной конвекции. Аналогов таких величин, как коэффициенты теплоотдачи при кипении, конденсации и лучеиспускании, в массопередаче нет. Величина кд, подобно коэффициенту а, зависит от геометрических характеристик системы, скорости и свойств жидкости. [c.444]

В работе [136] дополнительное ускорение массопередачи при протекании в жидкости химической реакции связывается не с действием капиллярных сил, а с наличием стефановского потока. Анализ массопередачи с мгновенной химической реакцией (при значениях коэффициента ускорения массопередачи 10 ) проведен для пленочной модели с учетом конвективного переноса в поперечном направлении. Показано, что значения коэффициента ускорения массопередачи могут повышаться (особенно при высоких концентрациях реагентов) и понижаться (в зависимости от стехиометрии реакции). Выводы указанной работы не представляются достаточно убедительными. В частности, они не могут объяснить существенное различие скоростей массопередачи для систем СО2 — МЭА и СО2 — NaOH при сопоставимых условиях, хотя константы скорости химических реакций в этих системах близки между собой. [c.101]

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]

Вначале концевые эффекты объясняли интенсивным массооб-меном, вызванным турбулизацией потоков в месте их входа в аппарат. Позднее [206] эти эффекты были объяснены продольным перемешиванием сплошной фазы. Оказалось [204], что экспериментальный профиль концентраций в распылительных колоннах располагается между расчетными профилями концентраций в. режимах идеального перемешивания и идеального вытеснений.. Расчеты показали, что модели идеального перемешивания соответствует наибольший концевой эффект, постепенно убывающий при переходе к поршневому потоку. Таким образом, концевой эффекту входа сплошной фазы в колонну не является следствием большого локального коэффициента массопередачи, а обусловлен конвективными потоками, не учитываемыми моделью идеального вытеснения. В результате из-за снижения движущей силы процесса уменьшается интенсивность межфазного массо- или теплообмена. [c.201]

Определяя коэффициент массопередачи для потока малой интенсивности, Кузик и Хэппел применили модель, учитывающую свободную поверхность. Кроме того, исследовался конвективный поток массы большой интенсивности в направлении, перпендикулярном поверхности частицы катализатора. В первом случае предполагалось, что частица окружена некоторым слоем вещества, причем на этот слой не влияют другие частицы. [c.85]

Вычисления Кузика и Хэппела разделяются на два этапа. На первом этапе они принимали, что поток массы через меж-фазную поверхность стремится к нулю, и определяли коэффициент массопередачи feo- На втором этапе рассчитывался поправочный коэффициент, учитывающий изменение толщины пограничного слоя, обусловленное учетом истинной мольной скорости массы на поверхности частицы. Здесь использовали уравнения массо-переноса, исходя из предположения о том, что он происходит путем молекулярной и конвективной диффузии и может быть охарактеризован средним критерием Шервуда [c.87]

Следует подчеркнуть, что в обш ем случае формулы, полученные для расчета скорости массопередачи, пригодны и для расчета скорости теплопередачи. Естественно, что в этом случае коэффициент молекулярной диффузии должен быть заменен коэффициентом молекулярной температуропроводности. Однако величина последнего намного выше величины коэффициента молекулярной диффузии. Это изменяет соотношение между величиной диффузионных и конвективных потоков и, как следствие, меняет границы применимости физических моделей переноса. Так, чисто диффузионный механизм теплопередачи имеет место в каплях диаметром до 0,1 см. Формула для расчета скорости теплопередачи, аналогичная формуле Ньюмена для массопередачи, была получена Гробером [116]. Формула Кронига [c.221]

Эти коэффициенты массопередачи можно найти только опытным путем. Наиболее целесообразным в данном случае, так же как и при конвективном теплообмене, будет метод обобш,ения экспериментальных данных на основе теории подобия. [c.473]

Поверхиостиое иатяжеиие не влияет на коэффициент массоотдачи Рж в условиях ламинарного течения жидкости. При турбулентном течении р обратно пропорционален поверхностному натяжению в степени около Vз [21]. 11ри добавлении поверхностноактивных веществ могут наблюдаться локальные изменения поверхностного натяжения и, как следствие, поверхностная конвекция и увеличение скорости массопередачи. Изменение величины а в направлении движения жидкости также способствует образованию конвективных токов вблизи поверхности [22]. В ряде случаев, наоборот, при добавлении ПАВ изменяется структура поверхностного слоя таким образом, что коэффициент массоотдачи р уменьшается. [c.55]

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]

На основе полученных результатов Линде [55] выделил на графике (рис. 6-10) четыре области. Область А соответствует диффузионному режиму, где обновление поверхности сдерживается только силами трения. Здесь все линии параллельны, т. е. коэффициенты массопередачи постоянны и равны. Область В соответствует турбулентному режиму — гидродинамическая нестабильность приводит к более высокому коэффициенту массопередачи. Области С и О характеризуются гидродинамической устойчивостью. Однако в области С, отвечаюгцей конвективно неустойчивому направлению переноса, обновление поверхности облегчено, хотя и недостаточно для преодоления сопротивления, чтобы сделать систему неустойчивой. В области О направление переноса конвективно устойчиво, здесь возникает дополнительное сопротивление обновлению поверхности за счет эффекта успокаивания. [c.242]

Область О может существовать только при относительно небольших межфазных возмущениях. Например, она отсутствует на рис. 6-9, ее наличие не отмечалось в работе Савистовского и др. Возможное объяснение этого заключается в том, что при увеличении возмущений, например при возрастании начальной концентрации, единичные эрупции могут появляться в конвективно устойчивом направлении иереноса, что приведет к большему коэффициенту массопередачи, чем на линии М (см. рис. 6-10). [c.242]

Для пузырей с 8 > 0,5 мм (Ке > 30) циркуляционное движение внутри пузыря может влиять на коэффициент сопротивления и, соответственно, на скорость всплытия. По-видимому, циркуляция должна сказываться и на массопереносе внутри пузыря. Однако влияние внутреннего движения на массопередачу в пузыре должно быть значительно менее выражено, чем в капле. Так, для достаточно крупных пузьфей с 8 4н-5 мм число Ре, характеризующее относительный вклад конвективного массопереноса в сравнениии с диффузионным, составляет всего 20-25. Основываясь на результатах численных расчетов по уравнению (5.3.1.1), проведенных Джонсом и Бекманом, в которых использованы скорости циркуляции Адамара и Рыбчинского, можно заключить, что для пузырей диаметром 4—5 мм следует [c.285]

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]

Допущение Гардона о том, что коэффициент массопередачи на поверхность латексных частиц не зависит от их размера, противоречит основным представлениям теории конвективной диффузии. Размеры коллоидных частиц настолько малы, что массопередача к ним идет так, как будто они находятся в неподвижной жидкости. Подвод радикалов из водной фазы к их поверхности не зависит от скорости перемешивания и лимитируется только молекулярной диффузией. В этом случае коэффициент массоперсдачи на единицу площади поверхности мицелл и латексных частиц обратно пропорционален их радиусу, а вероятность диффузии к ним прямо пропорциональна радиусу [17, с. 67]. На основании этого можно сделать вывод об ошибочности исходных уравнений, которые применял Гардон в работах [16] и [18] для расчета первой стадии эмульсионной полимеризации в модели Смита—Юэрта. [c.67]

Модель массопередачи на единичном контактном устройстве (барботажная тарелка и переливное устройство). Поскольку на барботажной тарелке объем пограничного реакционно-диффузионного слоя мал по сравнению с объемом основной массы жидкости, а величина коэффициента ускорения при высоких а незначительна, то, следуя работе [48], можно сделать предположение о том, что в основную массу жидкости поступает в свободном виде весь поглощенный из газа диоксид углерода. Это тем более оправдано, если учесть, что диффундирующие в ядро жидкости продукты реакции КЫНСОО и КЫНз+ способствуют мгновенному смещению равновесия реакции (6.11) влево с образованием СОг. Следовательно, для элементарной ячейки полного перемешивания жидкости материальный баланс по свободному диоксиду углерода при пренебрежении конвективным членом можно записать в виде [c.177]

Коэффициенты массопередачи Кх и Ку выражают в общем виде скорость массообмена независимо от механизма процесса массообмена, а обратные нм величины /Ку и Ку — общее сопротивление массопередачи. При переходе распределяемого между фазами компонента нз одной фазы в другую этот компонент должен быть перенесен конвективными токами и диффузией из ядра потока данной фазы к поверхпости раздела фаз, и далее диффузией и конвективными токами перенесен от поверхности раздела фаз в ядро другой фазы. Тахим образом, в общем случае сопротивление массопередачи рассматривается состоящим нз двух величин сопротивления в паровой (или газовой) фазе и сопротивления в жидкой фазе [4]. Обработку экспериментальных данных при этом произво- [c.94]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология