Турбулентный режим массопередачи

Рассматривая совместно уравнения диффузии для газовых и жидкостных систем и материального баланса, можно получить математическое описание массопередачи в многокомпонентных двухфазных системах. При этом следует учитывать состояние поверхности раздела фаз, определяемое гидродинамическими условиями взаимодействия потоков и их физическими свойствами. Если предположить, что на поверхности раздела фаз существуют ламинарные пленки, а в ядре потоков — развитый турбулентный режим, то основное сопротивление массопередаче будут оказывать диффузионные сопротивления жидкой и газовой пленок, находящихся на границе раздела фаз. В пределах каждой из этих пленок для описания диффузионного переноса вещества могут быть использованы уравнения (П1, 87), (П1, 94), определяющие диффузионный транспорт компонентов для каждой из фаз. [c.215]

Если увеличивать плотность орошения и скорость газа, то начинает сказываться тормозящее действие пара на стекание жидкости, т. е. возникает промежуточный режим. В этом режиме сплошной фазой остается паровая, но пар, затормаживаемый жидкостью, образует вихри, благодаря чему увеличивается эффективность массопередачи. При дальнейшем увеличении скорости пара возникает турбулентный режим. При этом пар препятствует свободному стеканию жидкости и вызывает задержку (подвисание) жидкости в насадке стекающая жидкость сильно турбулизирована в паровом потоке образуются вихри, однако течение жидкости все еще сохраняет струйно-пленочный характер, а сплошной фазой остается паровая. [c.46]

Качественное изучение массопередачи, предпринятое в предыдущих разделах, показывает, что она может происходить при самых различных гидродинамических условиях на поверхности раздела фаз. При этом режим массопередачи обусловливается этими условиями. Легко различаются три режима диффузионный, турбулентный и переходный. [c.238]

В гомогенных системах (газы, жидкие растворы) молекулярная или турбулентная диффузия, обеспечивающая массопередачу компонентов и их контакт, происходит быстро, и процессы лимитируются скоростью химических взаимодействий (кинетический режим). Для гетерогенных систем (газ—жидкий раствор Г—Ж, газ—твердое вещество Г—Т, жидкость—твердое вещество Ж—Т и для более сложной системы газ—раствор—твердое вещество) чаще лимитирует скорость процесса диффузия — процесс протекает в диффузионном режиме. Причем, по маршруту протекания процесса выделяют стадию с меньшим коэффициентом диффузии, значение которого определяет константу скорости [c.195]

На рис. 336 представлена в графической форме зависимость между скоростью газа в колонне и скоростью массопередачи. Как видно из графика, скорость массопередачи в насадочной колонне растет номере увеличения скорости газа в колонне (отрезок ОА соответствует ламинарному, отрезок АВ—переходному и отрезок ВС—турбулентному режимам рабо- ы колонны точка С является точкой инверсии, а точка О соответствует началу выброса жидкости из колонны). Наиболее выгодным в отношении интенсификации процесса массопередачи является режим эмульгирования на участке, близком к точке О. [c.493]

В. В. Кафаров, который посвятил ряд работ изучению гидродинамики и массопередачи в контактных аппаратах [70, 71], отмечает, что высокая эффективность аппаратов может быть обеспечена только при развитой свободной турбулентности в контактной зоне. Кафаров отмечает, что режим свободной турбулентности в тарельчатых аппаратах, как и в насадочных, соответствует минимальному удельному весу газожидкостных эмульсий. При этом в тарельчатых аппаратах наблюдается максимальная высота пены. Этим условиям отвечают режимы струйный на границе с пенным и пенный. В насадочных колоннах этим условиям отвечает режим эмульгирования, открытый Кафаровым. Поэтому В. В. Кафаров именует соответствующий режим в тарельчатых аппаратах (ситчатых) также режимом эмульгирования. [c.136]

Пульсация позволяет осуществить в колонне режим развитой свободной турбулентности , в котором скорость массопередачи не зависит от молекулярной диффузии в фазах, а целиком определяется турбулентной (коэффициент турбулентной диффузии примерно на 6 порядков выше коэффициента молекулярной диффузии ионов в растворе). Это, естественно, повышает эффективность колонны. [c.102]

В уравнениях (11.226) — (11.235) параметрами гидродинамических моделей являются коэффициенты продольной турбулентной диффузии Dt. ж и Dt. п, необходимые для получения значений критериев Реж и Per, или числа секций полного перемешивания s и , характеризующие соответственно степень продольного перемешивания жидкости и газа, а также относительный унос жидкости е и доля байпасирующей жидкости 0, характеризующая степень поперечной неравномерности потоков. Естественно, рассмотренные методы расчета эффективности массопередачи могут быть успешно реализованы лишь при известных значениях параметров гидродинамических моделей. [c.98]

Четвертый режим, когда коэффициенты вихревой вязкости и вихревой диффузии достигают максимального значения, соответствует автомодельному режиму или режиму развитой турбулентности. В этом режиме перепад давления в потоке определяется квадратичным законом и сопротивление не зависит от молекулярной вязкости (см. стр. 138). Однако в процессе массопередачи возрастание коэффициента вихревой вязкости может повести к интенсивному продольному перемешиванию и снижению продольного градиента концентраций, что в конечном счете снизит коэффициент массопередачи и число ЛГ д не будет возрастать до бесконечности (пунктирная линия). [c.264]

Поскольку число Прандтля характеризует относительное соотношение профилей скоростей и концентраций, то следует ожидать, что влияние этого соотношения на процесс массопередачи должно меняться в зависимости от гидродинамической обстановки процесса, т. е. должен меняться показатель степени при числе Прандтля. При наиболее равномерном распределении жидкости и газа в двухфазном потоке в условиях развитой свободной турбулентности в соответствии со структурой уравнений (VI.45) и (VI.46) показатель степени п должен достигать максимального значения, равного единице. При снижении турбулизации потоков показатель степени п при числе Прандтля должен уменьшаться, становясь в пределе, когда движение прекратится, равным нулю. В последнем случае понятие о соотношении профилей скоростей и концентраций теряет свой смысл. Практически в соответствии с обычными гидродинамическими режимами проведения диффузионных процессов показатель степени п при числе Прандтля должен меняться в пределах от 1/3 (ламинарный режим), если условно допустить применение этого термина к двухфазному потоку, до 1 (режим развитой свободной турбулентности). Таким образом, для различных гидродинамических режимов вид уравнений (VI.45) может быть уточнен. [c.197]

Хигби полагал, что в жидкости, находящейся в турбулентном движении, жидкостная пленка на границе раздела фаз постоянно обновляется жидкостью из более глубоких слоев. При этом массопередача осуществляется посредством нестационарной молекулярной диффузии через тонкую жидкостную пленку, так как из-за кратковременности контакта фаз в пленке не успевает установиться стационарный режим. Хигби считал, что концентрация диффундирующего компонента на границе раздела фаз зависит от времени их контакта, в связи с чем начальным этапом массопередачи должно быть проникание (пенетрация, "проницание") через жидкостную пленку. Период проникания ("время экспозиции" по терминологии Хигби), отвечающий времени установления равновесия на границе раздела фаз, при рассмотрении массопереноса из цилиндрического и сферического газового пузырьков соответственно составляет [c.16]

В турбулентной области (третий режим), когда скорость движения пленки достаточно высока, толщина пограничного ламинарного слоя значительно уменьшается. В этом случае, по-видимому, нельзя пренебрегать сопротивлением на границе раздела газ—жидкость, поэтому сопротивление массопередаче будет складываться из сопротивления на границе газ—жидкость и сопротивления в пограничном ламинарном слое. Как видно из рис. 1, толщина пограничного слоя в турбулентном режиме не будет зависеть от высоты пленки. [c.268]

Зная толщину диффузионного слоя / , можно оценить концентрацию ионов около электрода. Увеличение скорости прокачки приводит к снижению концентрационного перенапряжения, что позволяет повысить плотность тока до наступления полной пассивации. Как было отмечено выше, возможен режим поверхностной турбулентности, в котором резко усиливается массоперенос с электрода. Шероховатость поверхности стенки начинает влиять на массопередачу после превышения некоторого Не рц [21]. [c.46]

Турбулентный режим. Взаимодействие происходит на поверхности турбулизованной жидкости. Э( х )ективность массопередачи значительно возрастает. В паровом потоке образуются многочисленные вихри. Однако стекание жидкости сохраняет струйно-пленочный характер, а плошной фазой остается паровая (газовая). Точка с является точкой инверсии фаз, возникает режим эмульгирования. [c.159]

Тур и Марчелло [231] рассматривали пленочную и пенетращюнную теории как крайние случаи процесса переноса, для которых в формулах коэффициента массоотдачи показатель степени при коэффициенте диффузии принимает предельные значения, равные 1 и 0,5, соответственно. Они считали, что в реальных условиях значения показателя степени могут колебаться между этими величинами. Предложенная ими пленочно-пенетрационная модель также основана на идее обновления поверхности турбулентными вихрями, но с более гибким учетом периода обновления. При малых временах пребывания вихря на поверхности процесс массопередачи нестационарен (пенетрационная теория), тогда как при больших временах успевает установиться постоянный градиент концентраций и наблюдается стационарный режим (пленочная теория). Для произвольных значений времен обновления модель учитьгеает оба механизма массопередачи — стационарный и нестационарный. Математическая формулировка пленочно-пенетрационной модели сводится к решению уравнения (4.12) при условии, что постоянное значение концентрации задается не на бесконечность, как в модели Хигби, а на конечном расстоянии от поверхности тела. Величина этого расстояния, как правило, неизвестна, и не указаны какие-либо надежные модели ее определения. [c.175]

Ламинарный или пленочный режим в трубчатых аппаратах существует только при малых скоростях и характеризуется спокойным стеканием жидкости по стенкам трубы. При увеличении скорости пара поток его воздействует на жидкую пленку, затормаживая ее движение. При этом на границе пара и жидкости образуются паровые вихри. Механизм процесса массопередачи при этом изменяется, и начинает преобладать турбулентная диффузия. При дальнейшем увеличении скоростн возникает режим, который по аналогии с насадочными колоннами получил наименование эмульгационного [97). [c.49]

Барботажные колонны работают интенсивнее башен с насадками, но создают значительное гидравлическое сопротивление потоку газа, поэтому применяются реже башен с насадками. Для абсорбции и нагревания применяются колонны и одноступенчатые барботеры. Последние представляют собой емкости, содержащие жидкость, в которую погружены колокола или трубы. Газ или пар поступает внутрь колоколов или труб и пробулькивает через слой жидкости. Площадь соприкосновения в аппаратах первого, второго и третьего типов сохраняется лишь при сравнительно спокойном прохождении газа. В. В. Кафаров, П. А. Семенов и другие ученые доказали, что при иоступлении газа с больщой скоростью поверхность пленок становится не гладкой, а волнообразной, сферическая форма капель и пузырьков газа также нарушается происходит взаимное проникновение фаз через граничные плепкн. Протекает интенсивная турбулентная массопередача, при которой трудно учесть площадь соприкосновения. [c.75]

Концентрация целевого компонента в пленке на входе в зону очистки соответствует его концентрации в маточной жидкости, покидающей крнсталлораститель ( п 1 =,//= ). Навстречу кристаллам движется поток флегмы Сф, обогащенной целевым компонентом, с концентрацией Сф. В реальных колонных аппаратах приходится учитывать массоперенос, обусловленный циркуляционными потоками, турбулентной диффузией и другими факторами, нарушающими регулярный режим. Продольное перемешивание уменьшает среднюю движущую силу и может в некоторых случаях существенно снижать эффективность работы колонны [31]. При рассмотрении общего случая работы аппарата (рис. 2.18) принимается, что исходный расплав Со с концентрацией Со поступает в зону очистки. К этому потоку из нижней (укрепляющей) части обогатителя приходит поток флегмы Сф с концентрацией oi и, смешиваясь, оба потока Сф 4-Со поступают в исчерпывающую часть обогатителя с концентрацией Со2-Концентрация пленки Са в месте ввода питания не меняется. Целевой компонент Сц выходит из плавителя с концентрацией Сц, а поток маточника См из кристаллорастителя с концентрацией См Принимая массовые расходы потоков, а также коэффициенты массопередачи и продольного перемешивания постоянными по всей высоте зоны очистки, считая, что концентрация целевого компонента в уравнениях выражена в массовых долях, можно составить уравнения материальных балансов для кристаллизатора в целом [c.108]

Коэффициент массопередачи К и поверхносгь 5 можно варьировать, создав в аппарате упорядоченный гидродинамический режим при высокой турбулентности потоков. На среднюю разность концентраций, являющуюся в основном функцией выбранного направления потоков (прямотока или противотока), в значительной степени влияют нарушения гидродинамического режима застойные зоны, продольное перемешивание и т. п. [c.49]

При ведении гомогенных процессов в прямопроточных условиях (т. е. без внутренней циркуляции в аппарате) гидравлический режим практически не влияет на скорость реакции. В отличие от этого при гетерогенных и каталитических превращениях скорости подвода реагентов к зернам катализатора могут оказаться меньше скоростей поверхностных реакций и тем самым определять результирующий эффект процессов [84, 92]. В данных условиях значительное изменет яие гидравлического режима при сохранении объемной скорости подачи сырья будет влиять на скорость реакции. Это обусловливается тем, что скорости массопередачи (при одном и том же коэфициенте диффузии) в турбулентной области являются функцией параметра Рейнольдса [189]. Особенную важность этот вопрос приобретает при ведении очень быстрых реакций. [c.135]