Коалесценция в распылительной колонне

При накоплении на поверхности раздела фаз в системе жидкость-жидкость посторонних примесей взвешенный слой капель может разрушаться. Для того чтобы предотвратить этот процесс в работе [170] предложена распылительная колонна специальной конструкции с расширяющейся верхней частью. В такой колонне увеличение скорости коалесценции на поверхности раздела приводит к понижению этой поверхности в конической части колонны, что в свою очередь уменьшает площадь поверхности раздела и восстанавливает скорость коалесценции, не давая возможности плотному слою разрушаться. [c.99]

Для экстракторов, внутри которых имеются различные контактные устройства (насадки, тарелки и т. п.), определение рабочей скорости сплошной фазы весьма сложно. Можно только отметить, что она будет снижаться по сравнению со скоростью в распылительной колонне. Определение диаметра капель в насадочных и тарельчатых экстракторах еще сложнее, так как в них происходят непрерывное диспергирование и коалесценция дисперсной фазы. [c.174]

В табл. 6.6 собраны результаты, относящиеся к коалесценции в распылительной колонне диаметром 5 см и длиной 14 см, снабженной четырьмя форсунками [57]. Количество капель, образующихся при выходе из форсунок Nр и достигших вершины колонки Nв единицу времени, рассчитывали по данным киносъемки и выражали отношением [c.250]

Этот раздел включен в данный обзор потому, что, как правило,, экстракционное и сепарирующее оборудование имеет насадку в виде слоев или (для разделения вторичных эмульсий) патронов, ускоряющих коалесценцию. С другой стороны рассматриваемые здесь вопросы имеют значение для оценки пристеночного эффекта в отстойниках и распылительных колоннах и т. д. [47, 48]. Прежде чем обсуждать вопросы коалесценции в потоках, необходимо рассмотреть элементарный акт коалесценции единичной капли на твердо поверхности. Механизм коалесценции и критерии, необходимые для расчетов в случае первичных дисперсий (диаметр капель более 100 мкм), отличаются от таковых для вторичных эмульсий и поэтому будут рассмотрены раздельно. [c.300]

В колоннах с ситчатыми тарелками до сих пор не определяли (см. стр. 555) коэффициенты массоотдачи в каждой фазе. Вследствие отсутствия таких данных можно рекомендовать рассчитывать коэффициенты массопередачи по способу, предложенному Коулсоном для распылительных колонн. По Коулсону допускается, что концентрация сплошной фазы между смежными тарелками постоянна, соответственно движущая сила процесса при образовании, коалесценции и движении капель одинакова. На основе этих предпосылок расчетное уравнение для объемного коэффициента массопередачи имеет вид [c.570]

Режимы работы. Обычно распылительные колонны работают при массовом свободном движении капель и задержках (удерживающей способности, или УС) дисперсной фазы, не превыщающих л =30% (чаще при л =10—20%). При этом скорость поступления капель к поверхности раздела фаз существенно ниже скорости их коалесценции на этой поверхности. Такой режим можно рассматривать как режим работы со свободной упаковкой капель. [c.263]

Величина межфазной поверхности в распылительных колоннах может быть рассчитана лишь приближенно ввиду трудности учета коалесценции капель, плотности их распределения по размерам и времени их пребывания в колонне. [c.266]

Продольное перемешивание. Изучение профилей концентраций в распылительных колоннах и сравнение их с теоретическими позволило установить, что концевые эффекты на входе сплошной фазы обусловлены не увеличением скорости массопередачи вследствие коалесценции капель на межфазной поверхности, а являются мерой продольного перемешивания, приводящего к снижению средней движущей силы процесса экстракции. По данным ряда исследователей, концевой эффект на входе дисперсной фазы либо отсутствует, либо пренебрежимо мал. [c.268]

Задержка дисперсной фазы. Для расчета задержки х в РДЭ и других роторных экстракторах часто пользуются уравнением (V.1) Торнтона — Пратта, полученным для распылительных колонн. Однако в настоящее время предложены различные эмпирические формулы, уточняющие уравнение (V.1), в частности, Т. Мишеком это уравнение модифицировано [19] с учетом коалесценции капель. [c.305]

При увеличении удерживающей способности по дисперсной фазе уменьшается поперечное сечение колонны, доступное для прохождения сплошной фазы, что приводит к неравномерности распределения ее скоростей по сечению аппарата. В результате движение капель становится стесненным, а это вызывает их коалесценцию, увеличивает степень задержки легкой фазы в аппарате и унос дисперсной фазы с тяжелой. При достижении определенной степени задержки легкой фазы может оказаться, что колонна заполнена в основном легкой жидкостью, которая начинает играть роль сплошной фазы,— происходит захлебывание. Режим захлебывания колонны может наступить и при увеличении скорости движения тяжелой фазы. Унос легкой фазы возможен также при высокой скорости сплошной или низкой скорости дисперсной фазы. Таким образом, для каждой скорости течения дисперсной фазы существует определенная скорость движения сплошной фазы, превышение которой может привести к нарушению нормальной работы распылительной колонны. [c.90]

Процесс коалесценции капель в распылительных колоннах описывается уравнением [c.90]

Для уменьшения продольного перемешивания экстракционную колонну заполняют насадкой, которая служит одновременно для ускорения протекания процессов коалесценции и диспергирования капель дисперсной фазы, что в конечном счете увеличивает скорость массопередачи. При заполнении свободного сечения колонны насадкой удельная производительность, приходящаяся на единицу поперечного сечения, будет меньше удельной производительности распылительной колонны. Насадочные колонны используют в основном для систем, не имеющих твердой фазы. В них можно достичь степени извлечения, соответствующей нескольким теоретическим ступеням разделения. [c.94]

Имеются данные [48] о наличии в распылительных колоннах критической частоты пульсации, выше которой диспергированная фаза изменяет направление движения и наступает коалесценция. [c.244]

Недостатками распылительных колонн является то, что в них происходит коалесценция капель, уменьшающая поверхность фазового контакта и рециркуляцию капель по высоте колонны, особенно сильно проявляющуюся при больших диаметрах колонн. Колонна имеет низкие пределы нагрузок. Аппараты с распылением целесообразно применять в тех случаях, когда не требуется высокая степень разделения и когда происходит химическое взаимодействие реагентов (хемосорбция). Кроме того, аппараты с распылением имеют малое гидравлическое сопротивление. [c.227]

Размер отстойных зон. В роторно-дисковых экстракторах диаметры рабочей зоны и отстойных зон обычно одинаковы. Если определить по уравнению (7.30) время, необходимое для коалесценции капель бензола в верхней отстойной зоне, и исходя из этого времени рассчитать объем отстойной зоны (как при расчете распылительной колонны), то высота отстойной зоны получится равной около 0,2 м. Но в данном экстракторе отстойные зоны являются продолжением рабочей, в которой происходит интенсивное движение жидкостей. Поэтому отстойные зоны должны состоять из двух частей собственно отстойных зон (где происходит разделение фаз) и промежуточных успокоительных зон высотой обычно не меньше диаметра колонны (наличие которых создает лучшие условия для отстаивания). Исходя из этих соображений, принимаем полную высоту отстойных зон равной 1,2 м. [c.272]

Приведенные выше уравнения позволяют рассчитать средний размер капель, образующихся при истечении дисперсной фазы из отверстий тарелок или распределителя дисперсной фазы. Внутри колонны капли могут укрупняться вследствие коалесценции. Однако учесть количественно эффект коалесценции в настоящее время не представляется возможным. Поэтому приведенные уравнения применяют для расчета размеров капель в распылительных и тарельчатых экстракционных колоннах без учета коалесценции, которая в этих аппаратах обычно не очень интенсивна. [c.140]

Явление коалесценции (слияния) капель экстрагента в полых распылительных и насадочных колоннах в немалой степени препятствует полному использованию поверхности раздела, образующейся при диспергировании растворителя распылительными устройствами. [c.78]

Размер отстойных зон. В роторно-дисковых экстракторах диаметры рабочей зоны и отстойных зон обычно одинаковы. Если определить по уравнению (VIII.30) время, необходимое для коалесценции капель бензола в верхней отстойной зоне, и исходя из этого врел1енп рассчитать объем отстойной зоны (как это делалось при расчете распылительной колонны), то высота отстойной зоны получится равной около 0,2 м. Но в данном экстракторе отстойные зоны являются продолжением рабочей в которой происходит интенсивное движение жидкостей. [c.146]

Из колонных аппаратов наибольшее распространение получили распылительные, насадочные и тарельчатые экстракторы, а также экстракторы с механическим перемешиванием фаз — роторно-дисковые, многосекционные с мешалкой в каждой секции и пульсационные. Распылительный экстрактор представляет собой колонну, заполненную сплошной фазой, в которую с помощью диспергирующего устройства вводится в виде капель дисперсная фаза. Она подается в верх или низ колонны в зависимости от соотношения плотностей фаз. Такие колонны просты по конструкции, но имеют низкую эффективность вследствие интенсивного продольного перемешивания фаз. В насадочных колоннах используется насыпная насадка. Во избежание коалесценции насадка должна смачиваться сплошной фазой лучше, чем дисперсной. [c.579]

Необходимо указать, что все вышесказанное справедливо и для распылительных экстракторов, в которых сплошной фазой является более легкая жидкость, а дисперсной — более тяжелая. Насадочные экстракторы. Заполнение полых колонн насадочными телами позволяет организовать более эффективное взаимодействие фаз в аппарате, так как насадка обеспечивает дополнительное диспергирование и коалесценцию дисперсной фазы, а также увеличивает время пребывания капель дисперсной фазы в аппарате. Особенно эффективны насадочные экстракторы, работающие в режиме, близком к захлебыванию. [c.341]

При увеличении расхода дисперсной фазы и постоянном расходе сплошной задержка возрастает, и в колонне образуется слой примыкающих друг к другу капель (плотная упаковка). В этом режиме скорость коалесценции снижается до уровня, при котором она становится равной скорости поступающих на поверхность раздела фаз капель. Режим работы с плотной упаковкой капель характеризуется высокими значениями УС, достигающими 70—90%, и при определенных условиях позволяет интенсифицировать работу распылительных экстракторов (см. с. 269). [c.263]

Впервые взвешенный слой капель в распылительной колонне наблюдали Блендинг и Элджин [163]. Систематические исследования режима взвешенного слоя начались работами Летана и Кехата [156] и Лутати и Виня [133]. В дальнейшем гидродинамика распылительных колонн в режиме взвешенного слоя капель исследовалась также в работах [134, 164]. Движение пузырей во взвешенном слое наблюдалось в работе [165]. Отметим, однако, что существование взвешенного слоя пузырей возможно только в присутствии добавок поверхностно-активных веществ, затормаживающих процесс коалесценции. [c.95]

В 1950 г. Дженкоплис и Хиксон [20], работая с распылительной колонной диаметром 3,7 см, измерили профиль концентраций в обеих фазах, используя систему хлорид железа — изопропиловый эфир — водный раствор соляной кислоты. Неожиданно было обнаружено резкое изменение профиля концентраций в месте ввода сплошной фазы. Это изменение не зависело от типа распределительного устройства и конструктивного исполнения конца колонны. Казалось, что в месте ввода сплошной фазы существует область повышенной турбулентности из-за коалесценции капель дисперсной фазы и концевой эффект возникает, вероятно, вследствие локального увеличения скорости массопередачи. [c.125]

Коалесценция капель в движущихся жидкостях — наиболее инте- 4, ресный и технически важный вопрос. Так, межкапельная коалес- ценция в экстракционной части распылительных колонн понижает Ч эффективность массопередачи [41]. Учет таких явлений необходим при расчетах процессов перемешивания, когда из-за одновременного дробления и коалесценции устанавливается некоторый средний размер капель. Эти аспекты, а также влияние высоких градиентов скоростей, будут рассмотрены в следующих разделах. Здесь же обсу- ждается процесс коалесценции капель при низких значениях гра- V-диентов скоростей < 10 с" ). [c.288]

В то время как расчет распылительных колонн привлекал основное внимание [59, 60] с точки зрения массопередйчи, очень мало попыток было предпринято, чтобы предсказать скорость коалесценции и высоту слоя эмульсии на границе раздела фаз. Было лишь отмечено, что трудно получить даже качественное согласие между данными различных исследований для процесса коалесценции с одновременной массопередачей. Тем не менее ясность в этом вопросе важна для расчета и конструирования не только распылительных колонн, но вообще любого экстракционного оборудования. [c.298]

Исследования коалесценции на межфазной границе в распылительных колоннах имеют определенные преимущества по сравнению с исследованиями в аппаратах с механическим перемешиванием, ибо в первом случае можно обеспечить одинаковый размер капель, поступающих в коалесцирующий слой. Это значительно упрощает любой анализ и наблюдение за распределением капель на границе раздела фаз и непосредственно указывает на степень межкапельной коалесценции внутри дисперсии. По этим причинам Смит и Дэвис [61] осуществили серию экспериментов, проводя процесс таким образом, чтобы обеспечить однородность капель в широком интервале условий. [c.298]

В работах Гротгуса и Цуйдервега [125, 126] было показано, что массопередача из дисперсной в сплошную фазу, как правило, благоприятствует коалесценции капель. Установлено, что при этом производительность РДЭ может быть удвоена. Дунн, Лапидус и Эль-жин [127] сообщили о наблюдаемом ими уменьшении удерживающей способности в распылительной колонне на 50%. [c.350]

Резкое изменение концентраций в сплошной фазе а входе в колонну обусловливается не столько концевым эффектом, вызванным коалесценцией дисперсной фазы (значение которого невелико), сколько разбавлением сплошной фазы поступающей жидкостью в результате продольного перемешивания Джиан-коплис привел данные о значениях высот распылительной колонны, эквивалентных теоретической ступени изменения концентраций (ВЭТС), однако величины ВЭТС не поддаются обобщениям, поскольку зависят от свойств системы и условий проведения опыта. Было показано .0 з случае работы распылительной колонны при относительно высоких скоростях фаз, когда рециркуляция жидкости уменьшается, а УС и межфазовая поверхность велики, можно получить относительно высокие значения коэффициентов массопередачи. [c.543]

Желательно также, чтобы сопла, используемые для диспергирования одной из фаз, входили вглубь слоя насадки не менее чем на 25—50 так как капли, образуемые в слое светлой сплошной фазы, неизбежно сталкиваются друг с другом и. коалесцируют до достижения насадки. Капли, образующиеся на перфорированной тарелке и смачивающие материал тарелки, вследствие коалесценции имеют большие размеры. Если для насадочной колоины используют обечайку колонны Элджина (рис. 266), то необходимо, чтобы распределитель для дисперсной фазы находился в слое насадки насадку загружают на решетку из металлических колосников, которые располагают на возможно большем расстоянии друг от друга. Однако расширения корпуса яа концах насадочных экстракционных КОЛОШ пе имеют такого важного значения, как в распылительных колоннах , В колоннах с цилиндрическим корпусом уста- [c.548]

Джонстон и Вильямс рассчитывали коэффициенты массопередачи в распылительной колонне к каплям с установленньш распределением по размеру. При этом, принималось, что все капли выбрасываются вертикально вниз по постоянным траекториям и испарения жидкости не происходит. Коалесценция капель учитывалась. Получено хорошее совпадение с экспериментальными данными по абсорбции ЗОг раствором сульфит— бисульфит аммония. Величины К а, полученные в опытах на колонне внутренним диаметром 1070 мм и высотой 2650 мм, находились в пределах 12—33,6 кмоль1(ч, атм) при плотности орошения = = 1390 кг (м -ч) и скорости газа О = 1320 - -2630 кг/(ле=-ч). [c.68]

В системе газ—жидкость захлебывание, как правило, проявляется в виде начала интенсивной колесценции пузырей и последующего перехода в пенно-турбулентный режим [94]. В системе жидкость—жидкость может наблюдаться как выброс дисперсной фазы [156, 166—168], так и интенсивная коалесценция капель [156, 169]. Некоторые исследователи при расходах фаз, близких к захлебыванию, наблюдали обращение фаз [166, 168]. Вблизи точки захлебывания иногда может происходить самопроизвольный переход первого режима во второй, что дало основание некоторым авторам определять точку захлебывания в распылительных колоннах как момент образования плотного слоя капель [163]. Нетрудно догадаться, что явление захлебывания связано с бифуркацией равновесных состояний динамической системы (2.78), моделирующей стационарное движение идеального дисперсного потока. [c.96]

Коалесценция частиц, происходящая в аппаратах колонного типа, носит наименование ортокинетической коагуляции. Этот процесс является следствием различия размеров частиц и их скоростей в полидиснерсной системе. Однако в распылительных и барботажных колоннах при высокой объемной доле дисперсной фазы, когда вероятность столкновения частиц должна быть особенно велика, имеет место особая структура двухфазного потока, при которой частицы различного объема образуют единую группу — конгломерат частиц. Эта группа движется, как единое целое [27] со скоростью, которая не зависит от размеров отдельных частиц. [c.247]

Здесь одна из контактирующих жидкостей (объемный расход которой выше) вводится в колонну через распыляюш,ие устройства (сопла, инжекторы) и перемещ,ается навстречу второй жидкости, движуш,ейся сплошным потоком. Оба конца колонны расширены и образуют отстойные камеры во избежание уноса легкой жидкости более тяжелой, и наоборот. Поверхность раздела располагается обычно на том конце колонны, где происходит коалесценция капель дисперсной фазы. Низкая эффективность распылительных экстракционных колонн объясняется сильным продольным перемешиванием (резким нарушением режима противотока), возрастаюш,им по мере увеличения объемной концентрации (задержки) дисперсной фазы. [c.566]

Капельный режим истечения переходит в струйный при достижении некоторой критической скорости истечения, определяемой диаметром отверстия, плотностью фаз и межфазным натяжением. На некотором рлсстояпии ит льсрсгия С1руя распадается на капли. Механизм этого явления, особенно в условиях процесса кристаллизации, изучен недостаточно. Известно, что с увеличением скорости истечения и диаметра отверстий размер образующихся капель возрастает. При стесненном движении капель в колоннах распылительного типа, как и в роторных и емкостных кристаллизаторах, возможны их коалесценция и повторное дробление [148]. [c.134]