Межфазное поверхностное натяжение градиент

Массоперенос в процессе жидкостной экстракции существенно ускоряется вследствие обновления поверхности контакта фаз при дроблении или коалесценции капель, что происходит практически во всех экстракционных аппаратах. Значительное влияние на массообмен оказывают поверхностные явления на границе раздела фаз. Вследствие градиента межфазного поверхностного натяжения сг возникает движение близко расположенных к границе раздела фаз слоев жидкости в направлении возрастания ст, приводящее к развитию межфазной турбулентности. Последнее приводит к ускорению массопереноса. В экстракционных аппаратах колонного типа часто большой вклад в массоперенос вносят концевые (или входные) эффекты. Входные эффекты особенно проявляются на входе в аппарат дисперсной фазы и при высокой скорости ее дробления на капли. [c.153]

Насколько известно, поверхностные свойства этих сплавов (поверхностное натяжение на границе расплав — газ), а также плотность не измерены. Тем более это относится к свойствам межфазной границы твердых и жидких фаз в этих системах. Качественные эксперименты, касающиеся поведения капель золота на поверхности кремния и золото-германиевого расплава на германии (движение капли в поле температурного градиента) были выполнены в [2, 41. Прочность германия в среде золото-германиевого расплава исследована в [161. [c.4]

Из изложенного следует, что дисперсность получаемых газовых эмульсий должна сильно зависеть от условй эмульгирования интенсивности перемешивания, времени, температуры. С ростом интенсивности перемешивания дисперсность пузырьков газов растет, так как с ростом градиента скорости увеличиваются касательные напряжения, вызывающие диспергирование. Уменьшение межфазного поверхностного натяжения также способствует увеличению дисперсности эмульсии, при этом уменьшается удельная работа диспергирования. Поэтому добавка ПАВ обычно способствует процессу диспергирования. Рост температуры приводит к уменьшению вязкости жидкой фазы и снижению межфазного поверхностного натя кения, что способствует получению более мелкодисперсных газовых эмульсий. [c.58]

Энергетическая неоднородность поверхности. Одним из факторов, обуславливающих энергетическую неоднородность поверхности, является межфазное поверхностное натяжение. Эта неоднородность связана с микрогеометрией поверхности и является положительным явлением для сглаживания поверхности катодного осадка. Чем выше межфазное натяжение на границе металл — расплав, тем более крупные неровности будут неустойчивыми при данной величине градиента электрохимического потенциала в расплаве. К сожалению до сих пор у нас еще очень мало информации [c.191]

Поверхностное натяжение может не быть постоянным на всей межфазной поверхности, поскольку коэффициент поверхностного натяжения зависит от концентрации адсорбирующихся на поверхности ПАВ, от температуры и электрического заряда поверхности. Изменение Е приводит к изменению баланса сил, действующих на межфазную поверхность, а следовательно, может вызвать течение жидкости. Действительно, граничными условиями на межфазной поверхности, разделяющей две несмешивающиеся жидкости, является равенство нормальных и касательных напряжений. В условие непрерывности нормальных напряжений входят давления, которые на искривленной поверхности связаны уравнением Юнга — Лапласа (17.5). Если имеется градиент поверхностного натяжения в направлении касательной к межфазной поверхности, то непрерывность касательных напряжений требует изменения значений вязких напряжений вдоль поверхности, а следовательно, поля скоростей в жидкой фазе и формы межфазной поверхности. [c.437]

Захват жидкости газовым потоком может быть объяснен наличием межфазной турбулентности, которая развивается на границе раздела газовой и жидкой фаз. Условиями для возникновения межфазной турбулентности является наличие градиента скоростей фаз на поверхности раздела, различие вязкости потоков, межфазное поверхностное натяжение. При движении газа над поверхностью [c.428]

Это может быть обусловлено неодинаковыми значениями поверхностного натяжения в близко расположенных точках поверхности, вследствие образования концентрационных и температурных градиентов на ней [21, 221. Интенсивная межфазная турбулентность наблюдается также в процессах абсорбции (рис. 84, 85) [231. [c.143]

Рассматривая движение малых капель и окружающей их жидкости в рамках стоксового приближения, видим, что оно не приводит к большой деформации поверхности капель, а значит, и к их дроблению. Дроблению капли предшествует значительная деформация ее поверхности, что возможно, если в слоях жидкостей, прилегающих с обеих сторон поверхности капли, имеются значительные градиенты скорости и давления, способные преодолеть поверхностное натяжение межфазной поверхности. Поэтому для описания деформации капли необходимо учитывать совместное влияние инерционных и вязких эффектов и сил поверхностного натяжения. Исчерпывающий обзор, посвященный вопросам деформации и дробления капель в вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса, содержится в работе [80]. Некоторые данные по дроблению капель при больших числах Рейнольдса содержатся в [81]. [c.274]

Рассмотрим теперь другой пример влияния ПАВ на поверхностное натяжение — гашение волн на поверхности воды с помощью разлитого слоя масла. В разделе 17.4 были рассмотрены капиллярные волны на чистой поверхности воды без учета вязкости жидкости. В случае присутствия слоя масла необходимо учитывать вязкость. Кроме того, наличие ПАВ изменяет поверхностное натяжение межфазной поверхности, приводя к появлению поверхностного градиента Е. [c.460]

Для веществ, скорость поверхностной десорбции которых относительно низка, этот эффект может возрастать в результате действия сжатия — расширения. Движение, направленное от центра, вызывает эффект сжатия на периферии временной (переходной) поверхностной ячейки и расширения в ее центре. В результате сжатия динамическое межфазное натяжение становится меньше, а соответственно натяжение, вызванное расширением, больше статических величин. В результате как непрерывность подвода вещества, так и возникновение межфазного динамического натяжения вызовут появление градиента межфазного натяжения, действующего в том же самом направлении натяжение низкое — на периферии ячейки и высокое — в ее центре. [c.227]

Выделим след тощие гидродинамические системы, в которых отсутствуют возмущения в виде крупномасштабных дополнительных конвективных потоков, а основное конвективное течение вблизи жидкой межфазной поверхности одномерно, причем эта поверхность покрыта слоем адсорбированного поверхностно-активного вещества, чтобы на ней выполнялся баланс между сдвиговым напряжением и градиентом поверхностного натяжения. [c.110]

Помимо рассмотренных явлений на состояние двухфазных систем большое влияние оказывает межфазная турбулентность. Под последней понимается турбулизация поверхностного слоя жидкости под действием градиента поверхностного натяжения, возникновение которого вызвано следующими причинами 1) массопере-носом за счет изменения поверхностного натяжения с составом [c.463]

В работах различных исследователей [10, 14, 53—55] было установлено, что поверхностно-активные вещества затормаживают поверхностное движение жидкостей. Сопутствующее снижение скорости массообмена в некоторых работах объясняют также и этим эффектом [56—61]. Основной вывод, следующий из этих экспериментальных работ, состоит в том, что степень влияния поверхностно-активных веществ существенно зависит от их типа и концентрации. Качественное объяснение наблюдаемого эффекта было предложено в работе ]62], исходя из развитых в работе [63] концепций о механизме воздействия градиента поверхностного натяжения на подвижную межфазную поверхность газ — жидкость. [c.29]

В термодинамике необратимых процессов предполагается, что наличие градиента одного свойства индуцирует в ряде случаев градиент другого [57, 58]. Следовательно, протекающий процесс массопереноса может сказаться на величине поверхностного натяжения. В работе [59] сделано предположение, что наличие в системе градиента химического потенциала вызывает снижение межфазного натяжения [c.105]

Специально проведенные наблюдения поверхности раздела двух несмешивающихся фаз во время экстракции показали непрерывное возникновение на границе раздела значительной турбулизации. Это может быть обусловлено неодинаковыми значениями поверхностного натяжения в близко расположенных точках поверхности вследствие образования концентрационных и температурных градиентов на ней. Интенсивная межфазная турбулентность наблюдается также в процессах абсорбции (рис. 71, 72). [c.143]

В ряде случаев влияния поверхностного сопротивления можно избежать. При некоторых условиях вблизи границы раздела фаз в жидкостях возможно самопроизвольное возникновение конвективных потоков, приводящее к значительному повыщению коэффициентов массоотдачи (от 3 до 10 раз). Это объясняется появлением на межфазной границе локальных градиентов поверхностного натяжения, зависящего от температуры или концентрации переносимого вещества. Такое явление (поверхностная или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангони, обусловлено потерей системой гидродинамической устойчивости. Межфазная поверхность стремится перейти к состоянию с минимумом поверхностной энергии, в результате чего расширяется область с низким коэффициентом поверхностного натяжения а. Заметим, что межфазные поверхности могут терять свою устойчивость только, если при протекании массообменных или тепловых процессов происходит локальное изменение коэффициента поверхностного натяжения а так, что он убывает с ростом температуры или концентрации. В противоположном случае (или, например, противоположном направлении переноса) межфазная неустойчивость, как правило, не возникает. Этот факт подтверждают экспериментальные и теоретические исследования скоростей абсорбции и десорбции слаборастворимых газов водой [43]. [c.352]

Рассматриваемые кинетические параметры нелинейно зависят от концентрации и величины узкого зазора. В частности, для 0,1 % раствора с высокой подвижностью изолированных молекул (рис.2.3, кривая 4) снижение величины константы структурообразования вызвано уменьшением градиента поверхностных сил, величины межфазного натяжения с ростом температуры. В более концентрированном растворе (кривая 2) при тех же условиях имеет место увеличение [c.14]

ПОСТОЯННОЙ процесса, обусловленное, очевидно, соответствующим изменением подвижности агрегатов и увеличением скорости массопереноса частиц даже в более слабом поле поверхностных сил. Экстремальный характер кинетических зависимостей в малых по величине зазорах с большим градиентом поверхностных сил отражает конкуренцию указанных выше факторов. В 0,1 % растворе, например, до 35 °С превалирует увеличение подвижности молекул, а далее скорость процесса определяется темпом снижения величины межфазного натяжения (кривая 1). Для агрегатов молекул в сильном поверхностном поле увеличение подвижности в данном диапазоне температур невелико, поэтому кривая имеет менее выпуклый характер (кривая 3), качественно и количественно приближаясь к вышеописанной зависимости (кривая 4) для 0,1% образца в зазоре величиной 6 мкм. [c.15]

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]

Вследствие большого различия в интенсивности межмолекулярного взаимодействия обычные адсорбционные слои с а<2 и двумерные конденсированные слои имеют существенно различное строение при малых степенях заполнения поверхности электрода. Органические вещества с а<2 образуют газообразные слои, в то время как вещества с а>2 образуют ассоциаты, кластеры и адсорбционный слой ПАОВ имеет гетерогенную структуру. На границе свободной поверхности и кластера ПАОВ в неравновесных условиях могут возникать значительные градиенты поверхностного натяжения, что приводит к гидродинамической неустойчивости межфазной границы электрод/раствор и появлению полярографических максимумов тока третьего рода (см. гл. 4). [c.181]

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]

Несмотря на успешное практическое применение [5—14] уравнения (2), внимательного исследователя должно заинтересовать отсутствие в нем инерционного члена. Эвристически можно было бы утверждать, что нулевое значение плотности массы является разумной гипотезой для межфазной поверхности нулевой толш,ины, но не столь же разумно тогда приписывать нулевое значение коэффициентам вязкости к у для такой поверхности В самом деле, если полностью пренебречь капиллярными- эффектами, достаточное граничное условие сведется просто к последним двум членам уравнения (2) именно их успешно и применяли прн решении гидродинамических задач о двух чрезвычайно чистых жидкостях в отсутствие вызванных температурой градиентов поверхностного натяжения. [c.44]

Сделанные предположения позволяют свести уравненрш движения просто к условию баланса градиента давления и градиента сдвиговых напряжений. Если коэффициент поверхностного натяжения остается постоянным на межфазной поверхности, то капиллярное давление в жидкости [c.440]

Джетмар и Роэслер также различают первичный процесс — движение на поверхности раздела фаз, вызванное градиентом поверхностного натяжения (эффект Марангони), и вторичный эффект — периодический разрыв межфазной поверхности, ведущий к продолжению процесса смешивания. Подобные явления описаны Верденом [И] для частично смешивающихся систем (растекание анилина по поверхности воды). [c.207]

В то жв время для процесса межфазного переноса, протекающего в условиях нестабильности поверхностного натяжения, характерны как диссипативные, так и недиссипативные нелинейности, Еесно1фя на это и многие другие отличия между мех[ агной конвекцией и упомянутыми процессами, по-вццимому, между ними существует и ряд принципиальных сходств. Это проявляется, в частности, в аналогичном поведении систем вблизи критических состояний (соответствующих порогу генерации, критической тевшературе неравновесных фазовых переходов и критическим градиентам межфазного натяжения), в окрестности которых свойства электрических, магнитных и гдцродина-мических полей изменяются подобным образом в зависимости от превышения над пороговой мощностью лазерной генерации и от ваничивы отклонений от критических значений температуры фазового перехода и локальных градиентов поверхностного натяжения соответствен-во. [c.9]

Испарение и охлаждение воды с поверхности приводит к возникновению градиентов температуры и солености, что, в свою очередь, вызывает гидростатическую неустойчивость (конвекцию Рэлея) пограничного слоя. Физический механизм этого явления и особенности тонкой структуры плотностной микроконвекции в приложении к океаническим условиям описаны в работах [Гинзбург и др. 1978 1979 1981]. Однако известно, что соль, будучи поверхностно-инактивным веществом, увеличивает поверхностное натяжение на межфазной границе вода-воздух. При осолонении поверхностного слоя морской воды вследствие испарения возникающий градиент солености будет положительным и в этом случае создаются благоприятные предпосылки для развития халинно-капиллярной конвекции [Pearson, 1958]. [c.56]

Физический механизм неустойчивости заключается в следующем. Допустим, что на межфазной поверхности появилась частица менее соленой и более теплой воды, поступившая из глубины (напомним, что соленость поверхностных слоев больше, чем лежащих ниже). Так как поверхностное натяжение в точке появления частицы меньше, чем в соседних точках, то ввиду самопроизвольного уменьшения свободной энергии Гиббса поверхности эта частица будет стремиться уйти от состояния равновесия. Если градиент поверхностного натяжения достаточен для преодоления сил вязкого сопротивления, то в воде возникнут халинная и тепловая конвекции Марангони. Так как конвективная неустойчивость пограничных слоев возникает в результате охлаждения и осолонения, а 8j- > О и > О, то халин-но-капиллярная конвекция должна существовать одновременно с термокапиллярной конвекцией (как и в случае термохалинной гравитационной конвекции). Оба вида конвекции будут взаимно усиливать друг друга. [c.61]

Весьма существенное значение для массообмена при жидкостной экстракции часто имеют поверхностные явления на границе раздела фаз. Они связаны с возникновением здесь градиентов межфазного (граничного) натяжения <т, вызывающих движение близлежащих к межфазной поверхности слоев жидкости в наирав- [c.256]

Растекание жидкости с меньщим поверхностным натяжением на поверхности жидкости с больщим поверхностным натяжением — проявление эффекта Марангони. Под этим эффектом понимают движение (течение) в поверхностных слоях, вызываемое градиентом поверхностного натяжения. Обычно неоднородность по поверхностному натяжению обусловлена неодинаковостью состава и температуры в разных точках межфазной поверхности. Течение происходит из области малых в область больших поверхностных натяжений вследствие самоироизво.чь-ного уменьшения энергии Гиббса поверхности. [c.94]

Теоретические и экспериментальные работы по затуханию волн были опубликованы Левичем (1941), Хансеном и Манном (1963), Люкассеном и Хансеном (1966), ван ден Темпелем и вап ден Ритом (1966), Девисом и Восе (1965) и Шелудко и Тиссен (1966). Большинство авторов нашли, что для дантюго ПАВ имеется максимум затухания, величина которого превышает предсказанную Левичем для твердых нерастворимых монослоев. Основная часть энергии затухания рассеивается микроциркуляционными токами, возникающими в жидкости ниже поверхности раздела под действием градиента поверхностного натяжения. Ван ден Темпель и ван ден Рит успешно разрешили эту проблему для случая, когда влиянием вязкости поверхностного слоя можно пренебречь. Измерения коэффициента затухания на межфазной поверхности масло — вода не были проведены, но можно с уверенностью предположить, что они основаны на тех же принципах, что и для поверхности раздела воздух — вода. [c.88]

Будучи одним из важнейших факторов, облегчающих эмульгирование и обеспечивающих устойчивость эмульсий, низкое поверхностное натяжение не является в то же время единственным необходимым для этого условием. Многое, вероятно, зависит от механических свойств межфазных плёнок, от их подвижности или упругости формы. К числу лучших эмульгаторов принадлежат несинтетические сложные коллоидные соединения, в особенности протеины (в частности желатина), обладающие ярко выраженной тенденцией образовывать в жидкостях полутвёрдые структуры, обусловливающие структурную вязкость (зависимость измеряемой вязкости от градиента скорости) и даже гелеобразование. Эти вещества обычно сильно адсорбируются поверхностями они диффундируют медленно и потому стремятся оставаться у поверхности при резких изменениях её площади, вызывая изменения поверхностного натяжения, подобные тем, которые создаются мылом, стабилизующим изолированные плёнки жидкостей. Они же обусловливают вязкие, почти упругие свойства поверхностных слоёв жидкостей (ср. гл. II, 28). Отсюда их способность, удерживаясь также и на межфазных гра- [c.197]

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]

Поверхностная турбулентность. При некоторых условиях возможно возникновение в жидкости конвективных токов в непосредственной близости к границе фаз, обычно ведущее к значительному повышению Рж-Это явление (поверхностная, или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангопи, является следствием нестабильности поверхности, когда возникающие в жидкости случайные малые возмущения усиливаются. Большей частью поверхностная турбулентность связана с возникновением градиентов поверхностного натяжения при этом поверхность стремится к состоянию с минимумом энергии, вызывая расширение области с низким а и сокращением области с высоким а. Если с повышением концентрации компонента в жидкости [c.107]

Термогравитационная конвекция. Рассмотрим движение вязкой жидкости в бесконечно протяженном слое постоянной толщины 2/г. Сила тяжести направлена перпендикулярно слою. На нижней плоской твердой поверхности поддерживается постоянный градиент температуры. Неоднородность поля температуры приводит к двум эффектам, способным вызвать движение жидкости термогравитационному, связанному с тепловым расширением жидкости и появлением архимедовых сил, и термокапиллярному (если вторая поверхность является свободной), связанному с появлением касательных напряжений на межфазной границе вследствие зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры. [c.232]

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]

С увеличением концентрации практически любая добавка ПАВ в бзфовом растворе приводит к повышению поверхностной активности фильтрата и к улучшению условий проникновения фильтрата в коллектор, то есть при одних и тех же градиентах давления, но при меньшем межфазном натяжении на границах раздела фаз поступает больший объем фильтрата в коллектор, который проникает на большее удаление в пласт от скважины. [c.91]