Массообмен в аппаратах с механическим перемешиванием

В химической технологии и смежных отраслях промышленности имеют широкое распространение аппараты, представляющие собой несколько последовательно соединенных одинаковых элементов, в каждом из которых вещество потока интенсивно перемешивается. Это может быть последовательность (каскад) аппаратов с механической мешалкой в каждом из них (рис. 1.58), или секционированный аппарат с псевдоожижен-ными слоями дисперсного материала в каждой из последовательных секций, или тарельчатый массообменный аппарат с перемешиванием фаз вследствие энергичного барботажа пузырьков газа или пара через слой жидкости на каждой тарелке. Поведение потоков в аппаратах такого рода часто можно представить в виде так называемой ячеечной модели полного перемешивания. [c.141]

В колонных массообменных аппаратах с интенсивным механическим перемешиванием эффект продольного перемешивания преимущественно обусловливается турбулентной диффузией. Это связано с быстрым уменьшением роли поперечной неравномерности при увеличении коэффициента поперечного перемешивания поп [c.61]

В этой главе рассмотрены конструкции адсорбционных аппаратов, получившие широкое распространение в отечественной и зарубежной практике при извлечении органических загрязнений активными углями, а также новые оригинальные разработки адсорберов, выполненные в последние годы у нас в стране и за рубежом. Из различных конструктивных решений сорбционных установок, используемых в промышленности, можно выделить три типа массообменных аппаратов, принципиально различающиеся по условиям контакта адсорбента и очищаемой жидкости с плотным слоем, псевдоожиженным слоем и принудительным перемешиванием (механическим или пневматическим). Другие типы адсорбционных аппаратов по условиям массообмена между жидкостью и адсорбентом можно рассматривать в большинстве случаев как модификации указанных трех. Основываясь на такой классификации адсорберов, остановимся на приемах аппаратурного оформления адсорбционных процессов очистки сточных вод. [c.141]

Рассмотрим ограничения, накладываемые на выполнение формулы аддитивности более подробно. Выполнение условия равновесия (2.5) на границе раздела фаз у большинства исследователей не вызывает сомнения, поскольку процессы, протекающие на поверхности раздела фаз при физической абсорбции и экстракции — сольватация, десольватация, изомеризация и т. п., протекают со скоростями, значительно превышающими скорость массообмена. Однако в недавнее время был выполнен ряд работ по массообмену в аппаратах с механическим перемешиванием, в которых, по утверждению авторов, были обнаружены отклонения от формулы аддитивности, обусловленные поверхностным сопротивлением. Поскольку надежные методы измерения частных коэффициентов массопередачи на плоской границе раздела фаз отсутствуют, то проверка формулы аддитивности фазовых сопротивлений, а тем более введение поправочных членов к ней, применительно к плоской границе раздела фаз в аппаратах с механическим перемешиванием [c.55]

Механическое перемешивание в системах жидкость—газ обычно осуществляется при проведении процессов, скорость которых лимитирована массообменом в сплошной фазе, т, е. при абсорбции труднорастворимых газов. В этом случае основное сопротивление массопередаче оказывается в сплошной фазе. При чисто физической абсорбции мешалки обычно не используются. Чаще их применяют для систем, в которых абсорбция сопровождается химической реакцией. Вероятно, это обусловлено малой растворимостью газа в жидкости, а при химической реакции растворимость газа возрастает в несколько раз. Типичные случаи перемешивания систем жидкость—газ — это процессы гидрирования, хлорирования, ферментации, биологической очистки воды и т. п. Необходимо отметить, что для многих химических реакций с малыми скоростями требуется длительное время контакта (пребывания), что легко может быть осуществлено в аппарате с мешалкой. Перемешивание дает возможность создания большой межфазной поверхности. Это вызывает значительное повышение коэффициентов массопередачи, рассчитанных на единицу объема, и, кроме того, незначительный рост этих коэффициентов, отнесенных к единице межфазной поверхности. [c.328]

Определенные требования на выбор варианта аппаратурного оформления процесса культивирования микроорганизмов накладывает величина объема выпуска продукции. При создании крупно-тоннажных биореакторов большого объема (до 1000 м и более) могут оказаться неприемлемыми технические решения, эффективные для небольших по объему аппаратов. Так, трудности в разработке мощных приводов для механических перемешивающих устройств обусловливают переход к промышленным биореакторам с распределенным вводом энергии с использованием нескольких приводов, что в свою очередь затрудняет решение вопросов стерильности, механической надежности и т. д. Характерной особенностью конструкций биореакторов является выбранный принцип перемешивания среды, определяющий способ ввода энергии, а в ряде случаев и эффективность массообменных процессов в аппарате. [c.196]

Классификация. Хим.-технол. процесс в целом - это сложная система, состоящая из единичных, связанных между собой элементов и взаимодействующая с окружающей средой. Элементами этой системы являются 5 групп процессов 1) механические - измельчение, грохочение, таблетирование, транспортирование твердых материалов, упаковка конечного продукта и др. 2) гидромеханические - перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, пневматич. транспорт, гидравлич. классификация, туманоулавливание, фильтрование, флотация, центрифугирование, осаждение, перемешивание, псевдоожижение идр. скорость этих процессов определяется законами механики и гидродинамики 3) тепловые - испарение, конденсация, нафевание, охлаждение, выпаривание (см. также Теплообмен), скорость к-рых определяется законами теплопередачи 4) диффузионные или массообменные, связанные с переносом в-ва в разл. агрегатных состояниях из одной фазы в другую,- абсорбция газов, увлажнение газов и паров, адсорбция, дистилляция, ректификация, сушка, кристаллизация (см. также Кристаллизационные методы разделения смесей), сублимация, экстрагирование, жидкостная экстракция, ионный обмен, обратный осмос (см. также Мембранные процессы разделения), электродиализ и др. 5) химические. Все эти процессы рассматриваются как единичные или основные. [c.238]

Несмотря на то что аппараты с механическими перемешивающими устройствами обеспечивают необходимый режим перемешивания, влияющий на тепло- и массообмен, а также н,а результаты химических процессов, сложность уплотнения валов мешалок, работающих в условиях агрессивных сред, повышенных тем ператур и давлений, привела к необходимости разработки более простых устройств, исключающих применение мешалок. К таким реакторам следует отнести колонный а ппарат с внутренней или внешней циркуляционной трубой [208], колонный реактор с барботажными тарелками [209, 210] и другие устройства. [c.50]

Это, например, отстойно-смесительные экстракторы для переработки тонкодисперсных частиц, приближающиеся к подобным аппаратам для системы жидкость—жидкость, разного типа секционные аппараты, в которых имеет место интенсивное перемешивание фаз, а затем из разделение для передачи в соседнюю секцию. В аппаратах такого типа широко используются различные методы интенсификации массообмена между фазами (перемешивание, пульсации, низкочастотные механические колебания, кипящий слой). Следует, однако, иметь в виду, что нарушение противотока в каждой секции такого аппарата при значительных величинах критерия Фурье может привести к ухудшению всех показателей процесса, несмотря на то, что в каждой секции массообмен будет весьма эффективен. [c.208]

Часто такой же массообмен осуществляется в других аппаратах, главным образом в колонных, в процессах абсорбции, ректификации п экстракции. В настоящее время для колонных аппаратов выполнено очень большое количество экспериментальных исследований, целью которых было определение коэффициентов массоотдачи и массопередачи, а также получение корреляционных уравнений для вычисления этих коэффициентов. К сожалению, полученные уравнения нельзя использовать для аппаратов с мешалками, так как они действуют иначе, чем полочные аппараты. На полке колонны перемешивание жидкости происходит благодаря кинетической энергии движущегося потока, например газа, в то время как в аппарате с мешалкой перемешивание обусловлено подводом механической энергии извне с помощью мешалки. Диспергирование одной из фаз в аппарате с мешалкой также протекает иначе. В колонне это обычно происходит на соответствующим образом перфорированной перегородке (полке), тогда как в аппарате с мешалкой — в основном благодаря работе мешалки. Дополнительную трудность представляет определение скорости фаз в аппарате с мешалкой. Поле скорости жидкости здесь очень сложное, и единственной величиной для сравнения в этом случае может служить окружная скорость конца лопаток (лопастей) мешалки. Дополнительную трудность в обобщении экспериментального материала для аппарата с мешалкой вызывает также большое количество конструктивных вариантов этих аппаратов. [c.308]

Рассмотрим ограничения, накладываемые на выполнение формулы аддитивности, более подробно. Выполнение условия равновесия (4.5) на границе раздела фаз у большинства исследователей не вызьшает сомнения, поскольку процессы, протекающие на поверхности раздела фаз при физической абсорбции и экстракции — сольватация, десольватация, изомеризация и т. п., имеют скорости, значительно превышающие скорость массообмена. Однако в ряде работ по массообмену в аппаратах с плоской границей раздела фаз и с механическим перемешиванием в каждой из фаз авторы обнаружили отклонение от формулы аддитивности, обусловленное, как они предположили, поверхностным сопротивлением. В работе [221] приведен критический обзор основньгх исследований, в которых, по мнению авторов, было обнаружено поверхностное сопротивление в системах жидкость - жидкость. В этих работах частные коэффициенты массоотдачи определялись косвенным методом с погрешностью, большей чем отклонение от формулы аддитивности. Кроме того, в некоторых работах обнаружены методические ошибки. Для проверки формулы аддитивности требуются более точные методы определения частных коэффициентов массоотдачи (см. раздел 4.4). Поверхностное сопротивление массотеплообмена мало изучено. Одним из возможных механизмов является экранирование поверхности поверхностно-активными веществами (ПАВ) [222-224]. К обсуждению роли поверхностного сопротивления мы будем возвращаться в последующем изложении. [c.171]

Из множества конструкций экстракционных аппаратов [1, 3, 4] наибольшее распро-странение получили противоточные колонны с механическим перемешиванием вибра-. ( ционные, роторно-дисковые, пульсационные и др, В тех случаях, когда требуется аппарат, эквивалентный большому числу теоретических ступеней, используют смесительно-1" отстойные экстракторы. Аппараты этого типа позволяют строго контролировать или I целенаправленно изменять состав экстрагента на отдельных ступенях. Для экстрак-ционных процессов, в которых взаимодействуют плохо отстаивающиеся или склонные I к эмульгированию фазы, применяют тарельчатые колонны. Если требуется малое время I контакта в процессе экстракции, рекомендуется использовать центробежные аппараты. Наиболее простые и высокопроизводительные из всех известных видов экстракцион- I ных аппаратов — распылительные колонны — могут применяться в тех случаях, когда 1- требуется аппарат, эффективность которого не больше одной теоретической ступени. I Общие принципы расчета массообменной (в том числе и экстракционной) аппа- [c.255]

Интенсификация процессов растворения может быть осуществлена несколькими способами. Наиболее универсальным способом, применимым ко многим массообменным процессам, является увеличение суммарной поверхности дисперсных (в данном случае растворяющихся) частиц, к чему стремятся в большинстве случаев. Однако здесь имеется разумный предел, связанный с тем, что, во-первых, большая степень измельчения требует значительно больших затрат, и, во-вторых, слой изначально мелких частиц при растворении в ненеремешиваемом слое дисперсного материала даст уже с самого начала процесса высокие гидродинамические сопротивления при фильтровании через него растворителя. При осуществлении процесса растворения во взвешенном состоянии, т. е. в аппаратах псевдоожиженного слоя или в аппаратах с механическим перемешиванием, использование мелких частиц приведет к малым скоростям скольжения, а следовательно, к низкой интенсивности внешней массоотдачи от поверхности частиц. [c.116]

В. А. Еремин, Г. П. Соломаха, П. И. Николаев. Исследование газосодержания барботажного слоя в аппаратах с механическим перемешиванием. . 3> И. П. Слободяник, Л. Г. Григорьев. Массообмен в жидкой и газовой фазах на кольцевой пластинчатой тарелке............ . . 37 [c.215]

Рассмотрим ограничения, накладываемые на вьшолнение формулы аддитивности, более подробно. Вьшолнение условия равновесия (4.5) на границе раздела фаз у большинства исследователей не вызывает сомнения, поскольку процессы, протекающие на поверхности раздела фаз при физической абсорбции и экстракции — сольватация, десольватация, изомеризация и т. п., имеют скорости, значительно превышающие скорость массообмена. Однако в ряде работ по массообмену в аппаратах с плоской границей раздела фаз и с механическим перемешиванием в каждой из фаз авторы обнаружили отклонение от формулы аддитивности, обусловленное, как они предположили, поверхностным сопротивлением. В работе [221] приведен критический обзор основньгх исследований, в которых, по мнению авторов, было обнаружено поверхностное сопротивление в системах жидкость - жидкость. В этих работах частные коэффициенты массоотдачи определялись косвенным методом с погрешностью, большей чем отклонение от формулы аддитивности. Кроме того, в некоторых работах обнаружены методические ошибки. Для проверки формулы аддитивности требуются более точные методы определения частных коэффициентов массоотдачи (см. раздел 4.4). Поверхностное сопротивление массотеплообмена мало изучено. Одним из возможных механизмов является экранирование поверхности поверхностно-актив ными веществами (ПАВ) [222—224]. К обсуждению роли поверхностно го сопротивления мы будем возвращаться в последующем изложении При переменном коэффициенте распределения формула аддитивно сти фазовых сопротивлений, как выше указывалось, неприменима Однако в некоторых случаях, которые будут рассмотрены ниже, форму ла аддитивности в несколько модифицированном виде выполняется [225 ] Зависимость коэффициента распределения от концентрации в задан ном диапазоне ее изменения в большинстве случаев можно описать интерполяционной формулой [c.171]

Процессы жидкостной экстракции, проводимые в противоточны колоннах, на практике обычно сопровождаются продольным перемс шиванием, уменьшающим величину движущей силы процесса н сравнению со случаем строгого противотока ( поршневого режима ) Продольное перемешивание особенно существенно в современны эффективных массообменных аппаратах с подводом механическо энергии извне (например, в пульсационных и роторно-дисковы колоннах). Для расчета высоты колонны и степени извлечени необходимо знать коэффициенты массопередачи и поправочны коэффициенты, учитывающие продольное перемешивание. [c.186]

Массообменные и реакционно-диффузионные процессы в газожидкостных средах с механическим перемешиванием возможны в аппаратах с самовсасывающими мешалками, которые совмещают гомогенизирующую, насосную и барботажную функции. Так как мешалка сама всасывает газ внутрь жидкости, то исчезает необходимость в газодувном оборудовании, появляются возможности рециркуляции газа внутри аппарата и организации процесса в герметичном объеме. Предотвращается возможность отложения высоковязких или затвердевающих веществ на подвижных устройствах ввода газа в жидкость. Газ, вводимый в жидкость, может всасываться самовсасывающей мешалкой из технологического трубопровода или (чаще) из газовой подушки под крышкой аппарата. Примерами процессов, в которых возможно применение аппаратов с самовсасывающими мешалками, служат хлорирование газообразным хлором труднохлорируемых соединений (например, антрахинона), аминирование и алкилирование, осуществляемые в герметичных реакторах под давлением, сильно экзотермические процессы сульфирования органических веществ (например, алкилбензола) триоксидом серы [6], биологическая очистка сточных вод [24], кислотное выщелачивание сульфидных никель-кобальтовых соединений в гидрометаллургической промышленности [65, 66]. [c.511]

Для повышения эффективности трехфазных барботажных массообменных аппаратов химической технологии требуется полное суспендирование частиц, в то время как при флотационном процессе ставится обратная задача снизить макроциркуляцию пульпы, интенсифицирующую перемешивание и механический вынос, а также увеличить вероятность столкновения частицы с пузырьком и обеспечить возможность сохранения флотокомплекса ценного минерала до выноса в пенный слой при нестабильности агрегата депрессируемый минерал—пузырек. Несмотря на то, что методы оптимизации работы барботажных аппаратов в химической и флотационной технологии не всегда совпадают и механический перенос достижений в конструировании из одной области в другую невозможен, общие принципы исследования и соаещденствования барботажных колонных аппаратов одинако т., Так, целесообразность поперечного секционирования коло нн, широко применяемого в химической промышленности, при флотации спорна, поскольку внутри секций отмечаются интенсивное перемешивание Жидкости и значительная продольная неоднородность газосодержания, что создает предпосылки деминерализации пузырька при ДЕижении его через тарелку. Для снижения интенсивности перемешивания жидкости в колоннах флотационных машин предложено устанавливать успокоительные решетки [38]. В то же время продольное секционирование является эффективным средством [c.179]

Таковы особенности книги О. Флореа и О. Смигельского, отличающие ее в научно-техническом и методическом отношении. Вместе с тем в книге отсутствуют разделы, посвященные массообменным процессам с участием твердой фазы (сушка, адсорбция, экстракция из пористых твердых тел), а также механическим процессам. Нельзя во всем согласиться с авторами в отборе расчетных зависимостей, используемых в задачах и примерах, а также в трактовке отдельных вопросов и оценке некоторых результатов расчета. В книге не затронуты вопросы структуры потоков и распределения времени пребывания в химических аппаратах, влияния продольного перемешивания на массообмен и др., необходимость освещения которых в пособиях по расчету современных процессов и аппаратов не вызывает сомнений. [c.10]

При гравитационном движении ионита такие аппараты малопроизводительны (1—5 м /м -ч), хотя и имеют высокие массообменные характеристики. Несколько увеличить величину удельной нагрузки можно за счет вынужденного перемещения ионита сверху вниз в аппарате без дополнительного расширения его слоя. Делается это с помощью так называемого напорного слоя, гидротарана или механическим путем ( апример, пульсацией или с помощью шнека). Однако, следует иметь в виду, что гидротаран требует насоса и дренажа, а шнек создает обратное перемешивание и измельчает ионит. Кроме того, все эти способы приводят к необходимости увеличения загрузки и даже высоты слоя ионита в аппарате. [c.261]