Межфазное натяжение массопередачу

Наконец, возникновение градиента межфазного натяжения зави- сит от направления массопередачи. Кроме того, концентрационные уровни вещества в обеих фазах и значение коэффициента распределения влияют на величину градиента, но не влияют на его направление. [c.210]

Явления в этой области в некоторых частично смешивающихся бинарных системах характеризуются сильными межфазными возмущениями (фото 6.19) [52, 53]. Поскольку при постоянной температуре такие системы характеризуются лишь одной равновесной концентрацией, существует единственное значение равновесного межфазного натяжения. Поэтому такие возмущения не могут быть объяснены местным уменьшением поверхностного натяжения вследствие изменения концентрации. Однако частично смешиваемые жидкости имеют как правило низкое межфазное натяжение (2 дин/см для системы ацетилацетон — вода при 25 °С) и потому весьма чувствительны к местным изменениям межфазного натяжения, вызванным тем, что ири нормальных условиях рассматривалось бы как вторичный эффект. Объяснить это можно выделением тепла при массопередаче или динамикой межфазного натяжения, характеристики которой в бинарных системах в основном неизвестны. [c.238]

Для большинства пар несмешивающихся жидкостей, добавление третьего компонента, растворимого в каждой фазе, понижает межфазное натяжение. 13 связи с этим, при массопередаче из капли концентрация растворенного вещества в зоне контакта двух сближающихся капель быстро достигает равновесного значения. Это приводит к локальному уменьшению межфазного натяжения и расширению межфазной поверхности в зоне контакта, а следовательно, к удалению части пленки и ускорению коалесценции. При массопередаче в обратном направлении жидкость из объема сплошной фазы втягивается в зону контакта и происходит стабилизация капель. [c.286]

Рис. 7-14. Влияние массопередачи на коалесценцию в случае, когда переносимое вещество понижает межфазное натяжение

К сожалению, закон затухания турбулентных пульсаций у свободной границы двух несмешивающихся жидкостей и влияние на него межфазного натяжения и других физико-химических характеристик системы неизвестны [33]. В связи с этим все предложенные для описания массопередачи уравнения [3] носят эмпирический или полуэмпирический характер. С помощью этих уравнений могут быть найдены коэффициенты массоотдачи. Переход к коэффициентам массопередачи можно провести с использованием правила аддитивности фазовых сопротивлений. При этом необходимо учитывать, что обсуждаемые эмпирические уравнения получены на модельных системах в идеализированных условиях, т. е. в отсутствие ряда явлений, с которыми нередко приходится сталкиваться в конкретных условиях при исследовании кинетики. Среди таких явлений следует особо отметить самопроизвольную поверхностную конвекцию [58], возникающую вследствие различий межфазного натяжения на разных участках границы раздела фаз, и поверхностную ассоциацию, приводящую к образованию конденсированных межфазных пленок разнообразной природы [61—65]. Первое явление вызывает ускорение массопередачи и уменьшение зависимости чисел 5Н от чисел Не. Второе, наоборот, приводит к замедлению переноса вследствие ухудшения условий перемешивания у границы раздела и к затруднениям при переходе молекул через блокированную границу. [c.163]

Для выяснения механизма процессов, сопровождающих массопередачу при экстракции, необходимо широкое применение других физико-химических методов. Среди них обычно отмечают измерения межфазного натяжения, реологические и электрометрические методы [103]. По данным о межфазном натяжении можно рассчитать поверхностные концентрации, что необходимо при обсуждении вопросов реагирования на межфазных поверхностях. [c.190]

Физико-химические свойства фаз влияют на размеры капель. Например, при большом отношении межфазного натяжения а и разности плотностей фаз Ар образуются крупные капли, что приводит к уменьшению поверхности раздела фаз и ухудшению массопередачи. Для таких систем (для очень вязких жидкостей) рекомендуется использовать экстрактор с механическим перемешиванием с высокой интенсивностью перемешивания фаз, что дает возможность обеспечить требуемую эффективность и производительность. [c.17]

Многоступенчатая экстракция двумя растворителями (экстрагентами). Процесс экстракции двумя несмешивающимися друг с другом экстрагентами носит название фракционной экстракции. Применение в качестве экстрагента однородной смеси из двух, а иногда и большего числа компонентов позволяет повысить его селективность, а также изменить некоторые другие свойства, влияющие на массопередачу, например снизить межфазное натяжение или уменьшить вязкость. Процесс фракционной экстракции отличается наибольшей разделяющей способностью по сравнению с другими методами экстрагирования, описанными выше. [c.566]

В случае применения концентрированных растворов неорганических веществ сказывается влияние физических свойств жидкости на характеристики газожидкостного пенного слоя [234, 250, 280]. Например, происходит менее активное обновление межфазной поверхности вследствие увеличения вязкости и поверхностного натяжения жидкости и связанного с этим изменения гидродинамической обстановки в пенном слое (см. гл. I). Однако при скоростях газа, превышающих 2,5—3 м/с, высокая турбулентность фаз в значительной степени превалирует над влиянием физических свойств жидкости. При скоростях газа, меньших 2 м/с, влияние физических свойств становится ощутимым [234, 250, 280]. Значения кинетических показателей тепло- и массопередачи для слоя пены, образованного концентрированными растворами, меньше, чем для воды и разбавленных растворов (при тех же условиях технологического режима). В качестве примера можно привести результаты опытов по теплопередаче в слое пены для некоторых производственных растворов [232, 234] — для так называемой слабой жидкости производства соды и для концентрированных растворов поваренной соли. [c.110]

В жидкостных системах для межфазной поверхности предложены соотношения, в которые входит безразмерный критерий Вебера Уе. Он представляет собой отношение динамического давления жидкости, стремящегося разрушить каплю, к противостоящим ему силам поверхностного натяжения, способствующим их коалесценции. Следовательно, при жидкостной экстракции можно ожидать, что межфазная поверхность, определяющая массопередачу, увеличивается с увеличением критерия Вебера. [c.172]

Поверхностно-активные вещества. Многие вещества в растворе склонны концентрироваться на поверхности жидкости и изменять межфазное или поверхностное натяжение. Эти поверхностноактивные агенты (или смачивающие агенты ), находясь в исключительно малых количествах, способствуют значительному изменению о. Даже наличие монослоя их на поверхности вызывает образование структуры, которая характеризуется тенденцией сковывать поверхность, уменьшая или устраняя мелкомасштабное поверхностное движение. Наличие такого поверхностного слоя приводит к возникновению двух весьма важных явлений, воздействующих на скорость переноса массы через поверхность раздела фаз снижается и часто полностью прекращается влияние эффекта Марангони при одновременном появлении поверхностного сопротивления в отношении диффузии через межфазную поверхность. Уменьшение скорости массопередачи может быть большим. [c.216]

Важнейшим свойством массопередачи при лимитирующем сопротивлении сплошной фазы является квазистационарный характер процесса, что резко отличает массопередачу в сплошной фазе от массопередачи в дисперсной фазе. Лишь для случая массопередачи от пузырей очень большого диаметра (>25 мм) было отмечено [72, 73] некоторое уменьшение коэффициентов массопередачи с увеличением времени контакта. Однако для пузырей столь большого размера возможно возникновение специфических эффектов, например, изменение скорости обтекания частицы под влиянием градиента межфазного натяжения по механизму, рассмотренному Тимсоном и Дюном [74]. Уменьшение коэффициента массопередачи может быть связано также с механизмом движения столь больших пузырей, которые увлекают с собой некоторый объем сплошной фазы [75]. [c.210]

Дело в том, что в случае, когда массопередача направлена из лимитирующей фазы, происходит резкое увеличение скорости процесса. По современным представлениям это явление связано с неустойчивостью поверхностп раздела фаз и возникновением градиентов межфазного натяжения [85]. [c.217]

Относительно большая скорость массопередачи в период образования капли объясняется явлениями, приводящими к усилению турбулентности при движении внутрь капли. При наблюдении капел ь,. подвешенных в жидкости в присутствии растворенного вещее а, замечено [35, 65], что на поверхности капли образуются склаД,ки, появляются деформации и колебания, начинается завихрение жидкости внутрь. Эти явления особенно интересны в начальной ф>азе образования капли и связаны с неравномерным распределен амем концентраций растворенного вещества и вместе с ним межфазного натяжения. Самая высокая концентрация наблюдается всегда, у отверстия капилляра. Колебания и деформации происходят в мо ент массопередачи. Интенсивность явлений увеличивается при повышении концентрации кроме того, развитие этих явлений зависи Е - от скорости образования капли и природы веществ. Введение дев 1>х-, ностно-активных веществ подавляет эти явления. , [c.85]

Коэффициенты массообмена в экстракционных колоннах зависят от фнзнко-химических свойств жидкостей, турбулентности в обеих фазах и геометрических элементов колонны. Несмотря на трудности определения поверхности контакта фаз, количественно массообмен определяется для всех типов колонн при помощи объемных коэффициентов массопередачи или высоты единицы массопереноса. Обе аелнчины (коэффициент и высоту единицы переноса) относят к фазе рафината, или к фазе экстракта, или же к диспергированной фазе, или к сплошной. Опытные данные выражаются с помощью критериев подобия, используемых при описании диффузионных процессов критерия Шервуда 5п, критерия Рейнольдса Ре для обеих фаз и критерия Шмидта 5с. В состав этих критериев входят вязкость и плотность жидкости но они не учитывают межфазного натяжения, которое в жидких системах оказывает влияние на массообмен через межфазную турбулентность. Расчетным уравнениям придается зид показательных функций. Введение в уравнения критерия Рей- юльдса для обеих фаз одновременно следует из предполагаемого влияния турбулентности одной фазы на другую. Во многих случаях зто влияние не подтверждается, и тогда уравнение содержит только один критерий Рейнольдса или скорость одной фазы. [c.304]

Все гравитационные экстракторы отличаются простотой конструкции, обусловленной отсутствием движущихся частей. Соответственно стоимость этих аппаратов и расходы, связанные с их эксплуатацией, относительно невелики. Однако в большинстве случаев (исключая процессы обработки сргстем жидкость — жидкость с низким межфазным натяжением) интенсивность массопередачи в гравитационных экстракторах низка. Это объясняется тем, что для систем жидкость — жидкость разность плотностей фаз значительно меньше, чем для систем пар (газ) — жидкость и обычно педостаточна для. тонкого диспергирования одной жидкой фазы в другой, необходимого для создания значительной поверхности контакта фаз. Гравитационные экстракторы мало пригодны для работы с большими соотношениями расходов фаз. [c.543]

Недостаток ситчатых экстракторов — низкая интенсивность массопередачи, обусловленная малой поверхностью контакта фаз. Дело в том, что для систем жидкость-жидкосгь разность плотностей фаз значительно ниже, чем для систем газ (пар)— жидкость за исключением систем с низким межфазным натяжением, она обычно недостаточна для тонкого диспергирования одной жщцсости в другой. [c.1114]

Фнзпческне свойства. Размер капли в дифференциальных экстракторах является функцией отношения а/Ар (где а — межфазное натяжение, а Др — разность плотностей фаз). При большом отношении образуются крупные капли и, следовательно, уменьшается поверхность раздела фаз, что приводит к ухудшению массопередачи. В механически перемешиваемых экстракторах недостатки системы, имеющей высокое межфазное натяжение и, следовательно, большое значение а/Ар, могут быть преодолены увеличением энергии, вводимой в систему. Поэтому при работе с очень вязкими жидкостями лучше использовать механически перемешиваемый экстрактор, чем экстрактор такого же размера, но без перемешивания. Применяя механическое перемешивание, можно получить необходимую эффек-. тивность и производительность. [c.112]

Недостатки такой модели легко видны, даже если принять положение об обновлении поверхности, особенно при отсутствии поверхностного сопротивления. В этом случае можно принять, что на границе раздела фаз существует равновесие концентраций- и всех сил, действующих на поверхности раздела фаз, а также постоянство температуры. Одна из упомянутых сил, а именно межфазное натяжение, в определенной степени характеризует межфазную границу. Если на поверхностное натяжение влияет процесс массопередачи, равновесие сил будет нарушено и в результате возникает движение на межфазной поверхности. Такое движение, называедюе далее спонтанной межфазной конвекцией, передается к прилегающим слоям, что в свою очередь оказывает влияние на скорость массопередачи. В этом случае число Рейнольдса в фазе не определяет пщродинами-ческих условий в слоях, прилегающих к поверхности. Соответственно нарушается корреляция, выражаемая уравнением (1). Это утверждение справедливо по отношению к большинству зависимостей, предложенных для экстракции в системе жидкость — жидкость. Обычно такие корреляции оправдываются только в узком интервале изменяемых параметров п зависят не только от размера и типа аппарата, но также и от системы. [c.205]

Рассмотрим случай, когда не содержащая растворенного вещества фаза 1 приведена в контакт с фазой 2, содержащей вещество 6 (рис. 6-1). Под влиянием беспорядочных внешних возмущений скорость массопередачи никогда не будет одинаковой в разных точках поверхности. Появятся области с мень-ши.м межфазным натяжением, обозначенные буквой а , которые в соответствии с эффекТ0Л1 Марангони будут расширяться. Прилегающие к поверхности раздела фаз слои будут вовлечены в движение, первоначально параллельное межфазной поверхности, и затем свернут от нее в точке б . Одновременно жидкость в области а будет непрерывно замещаться свежей жидкостью, поступающей из [c.209]

Используя динамический метод измерения межфазного натяжения (метод сжатия струи), Ингленд и Берг подтвердили, что при массопередаче масляной и изомасляной кислот из органической фазы [c.388]

Массопередача через плоскую границу. Строго говоря, этот случай может реализоваться только в идеализированных условиях, например при изучении массопередачи в диффузионных ячейках Льюиса или подобных им приборах, которые широко используются для исследований механизма процессов массообмена и химических реакций при экстракции. В них массопередача осуществляется через плоскую, относительно спокойную и потому слабообновляемую границу раздела фаз. В то же время жидкости каждой из фаз достаточно интенсивно перемешиваются мешалками. Лишь при каком-то критическом значении числа Ке для мешалки начавшееся волнение поверхности завершается ее разрывом и образованием эмульсии. Все это указывает на то, что силы межфазного натяжения до этого момента уравновешивают инерционные силы элементов жидкости, т. е. гасят турбулентность, которая развивается в ядрах фаз. [c.163]

Наконец, понятие межфазная турбулентность объединяет ряд явлений, связанных с наблюдаемыми визуально (и при фотографировании) конвективными потоками вблизи поверхности при массопередаче, а также с эффектом Марагони (спонтанное возникновение движения на поверхности раздела, вызванное изменением межфазного натяжения вдоль поверхности). [c.72]

Хотя эффект Марагони наблюдался многими исследователями, это явление может иметь место лишь в особых случаях, когда массопередача сопровождается увеличением межфазного натяжения [131, 132], при наличии достаточно большой разности вязкостей фаз [133] и локальных градиентов межфазного натяжения (что может наблюдаться лишь при очень больших скоростях массопередачи). [c.72]

Первоначально это явление пытались объяснить с чисто механических позиций [107, 108]. Предполагалось, что ввиду сопротивления слоя сплошной фазы в зазоре между каплями необходимо, чтобы относительная скорость капель была не ниже некоторой критической величины. Высокое давление жидкости в зазоре между каплями долгое время не находило физического объяснения. В связи с тем, что неслияние капель чаще наблюдается при наличии массопередачи [93, 109], была выдвинута градиентная теория неслияния капель [110, 111], объясняющая повышение давления в зазоре между каплями возникновением на их поверхности градиентов межфазного натяжения. Предполагаемая схема процесса изображена на рис. 9-7. Так, если массопередача направлена из капли в сплошную фазу и межфазное натяжение растет с повышением концентрации экстрагируемого вещества (случай а), вследствие повышения его концентрации в зазоре между каплями на поверхности капли возникает движение, направленное в сторону меньшего поверхностного натяжения. Происходит ротационный отгон жидкости из пространства между каплями и слияние капель. Аналогичное объяснение получают и другие случаи ( —г). [c.295]

Коалесценция пузырьков происходит вследствие турбулентной и орто-кинетической коагуляции, причем последняя является результатом столкновений пузырьков разных размеров, двигающихся с различными скоростями. Б.И.Броунштейн и А.С.Железняк в своей монографии приводят теоретическое описание процесса коалесценции в предположении, что каждое соударение воздушных пузырьков заканчивается слиянием. Однако, как показывает опыт, это предположение справедливо далеко не всегда. В связи с тем, что неслияние газовых пузырьков чаще наблюдается при наличии процесса массопередачи, П.С.Прохоровым и В.Н.Яшиным,а затем А.Сми-том с сотрудниками была выдвинута градиентная теория неслияния пузырьков, объясняющая повьииение давления в водяном зазоре между пузырьками возникновением на их поверхности градиентов межфазного натяжения. Имеются, однако, экспериментальные данные, которые не укладываются в рамки чисто механической теории неслияния газовых пузырьков. Окончательные причины неслияния пузырьков при их близком к соударению взаимном расположении еще не выяснены. [c.12]

Несмотря на то, что обмен растворенным веществом между неподвижными несмешивающимися жидкостями происходит, как можно ожидать, исключительно путем молекулярной диффузии, установлено, чтб в ряде систем наблюдается спонтанная межфазная турбулентность. Влияние последней заключается в том, что она обусловливает намного более высокие скорости массопередачи, чем получаемые исключительно молекулярной диффузией. Последняя статья Стернлинга и Скривена [160] содержит обзор большого числа опубликованных случаев, подтверждающих это явление. Например, если осторожно налить поверх воды слой 10%-ного раствора метанола в,толуоле, то появится мутная эмульсия капель воды в органической фазе, но водная фаза остается прозрачной. Приведено большое количество других примеров и описаны разные виды наблюдавшейся межфазной турбулентности. Отмечено, что никаких явлений на границе раздела жидкость — жидкость не наблюдается, если отсутствует растворенное вещество. Стернлинг и Скривен объясняют турбулентность гидродинамической нестабильностью, вызванной флуктуациями межфазного натяжения, связанными с массопередачей через границу раздела. [c.513]

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]

Анализу рассматриваемого эффекта возникновения нестабильности жидкости под воздействием градиента поверхностного натяжения применительно к абсорбции СО, аминами посвящена также работа П. Л. Т. Бриана б, а применительно к другим случаям — еще несколько работ, появившихся в последнее время и названных в списке дополнительной литературы. Общее теоретическое расс.мотрение неустойчивости жидкости и возникновения турбулентности вблизи межфазной границы под воздействием локальных изменений поверхностного натяжения (эффекта Марангони) при протекании процессов тепло- или массопередачи было впервые предпринято К. В. Стерлингом и Л. И. Скривеном 7. [c.250]

Т h о m р S о п D. W., Ind. Eng. hem., Fund., 9, 243 (197b). Влияние подвижности межфазной поверхности на массопередачу в системах жидкость—газ (при воздействии градиентов поверхностного натяжения и плотности и в присутствии поверх-ностно-активных веществ в условиях абсорбции и десорбции различных газов). [c.290]

Наиб, перспективные пути интенсификации массообменных процессов-использование явлений самоорганизации на межфазной пов-сти (напр., в результате возникновения локальных градиентов поверхностного натяжения), организованная нестациопарность массопередачи, воздействие пульсаций и вибраций, звуковых и ультразвуковых колебаний, электрич. и магн. полей, разработка новых гидродинамич. режимов и направленное совмещение хим. и массообменных процессов. [c.658]

При определенных условиях X. сопровождается поверхностной конвекцией (т. наз. эффект Марангони, существенно убыстряющий межфазный перенос в-ва см. Массообмен). Обусловленный ею ускоряющий фактор массопередачи опрег деляют с помощью продольного фадиента поверхностного натяжения. [c.228]

Оба явления, описанные Томсоном, одинаковы в основе — местное уменьшение поверхностного натяжения за счет введения спирта вызывает направленное от центра движение жидкости с меньшим поверхностным натяжением. Однако с точки зрения инженерной химической технологии эти эффекты различны. В первом случае движение на поверхности раздела фаз и в слоях, к ней прилегаюш,их, изменяет сопротивление массопередачи и, следовательно, значение коэффициента массопередачи, в то время как во втором случае на скорость массопередачи будет главным образом оказывать влияние изменение величины межфазной поверхности. [c.206]

После инверсии фаз, когда вещество переносится из дисперсной фазы, эффект Марангони будет тормозить дробление капель и усиливать коалесценцию, сдвигая таким образом равновесие в сторону образования больших капель и меньшей межфазной поверхностп. Из этого можно заключить, что при данной скорости перемешивания и при массопередаче из фазы, которая вначале являлась сплошной, инверсия фаз будет наблюдаться при меньшем соотношении объемов дисперсной и сплошной фаз, чем в случае обратного направления массопередачи. При фиксированном соотношении объемов она произойдет при меньшей скорости перемешивания. При изменении физических свойств, особенно поверхностного натяжения и вяз- [c.252]

Переход через границу раздела связан с существенным изменением свободной энергии. Поэтому поверхностное натяжение па границе раздела жидкостей может затруднять диффузию мономеров в тот период, когда полимерная пленка вообще отсутствует, причем диффузию затрудняет не только сама граница раздела, но и пограничные слси жидкости обеих фаз. В литературе имеются сведения о влиянии величины поверхностного натяжения на коэффициент массопередачи межлу жидкостями. В некоторых случаях сопротивление самой поверхности раздела равно 50% от суммарного сопротивления переходу из фазы в фазу . По другим данным, увеличение поверхностного натяжения приводит к уменьшению скорости межфазной диффузии компонентов (табл. 45). [c.207]

Явление межфазовой турбулентности напротив повышает скорость массопереноса. Высказывается мнение [286], что увеличение скорости массопередачи в отсутствие ПАВ в большинстве систем можно объяснить образованием капиллярных волн на поверхности раздела фаз, источником которых может быть-эффект Марангони и естественная конвекция. Брюкнер [287] отмечает, что влияние межфазовой турбулентности на С1Корость массопередачи обычно объясняют двояким образом. Во-первых, как результат выравнивания градиента поверхностного натяжения, в результате чего, возрастает величина коэффициента массопередачи, во-вторых, как нарушение целостности, поверхности раздела, в результате чего возрастает поверхность массопередачи. Очевидно, на практике одновременно реализуются оба механизма. Явление межфазной турбулентности тесно связано с (процессом массопередачи. Экспериментально установлено, что ее появление или отсутствие зависит от направления массопередачи. [c.158]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология