ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пены и пузыри из "Газожидкостные реакции" Вспенивание жидкости и пронизывание ее пузырями газа происходит в аппаратах, принцип работы которых основан на диспергировании газа в жидкости, являющейся сплошной фазой. К таким аппаратам относятся колонны с колпачковыми п ситчатыми тарелками, колонны со сплошным барботажным слоем, абсорберы с мешалками и др. [c.224] Подобные контактные устройства широко распространены в промышленности и было бы весьма полезным иметь надежные данные о межфазной поверхности и о коэффициентах массоотдачи в жидкой и газовой фазах в различных условиях. Однако имеющиеся данные весьма разноречивы, причем еще одна из важных нерешенных проблем заключается в наличии влияния растворенных веществ на поведение системы. Размер пузырей при данных условиях, а следовательно, и газосодержание и межфазная поверхность сильно зависят от тенденции малых пузырей к коалесценции. Эта тенденция намного меньше почти во всех растворах по сравнению с чистым растворителем. Поэтому легко получить дисперсию мелких пузырей в растворе, в то время как в чистом растворителе они быстро коалесцируют, образуя пузыри больших размеров. О количественном влиянии растворенных веществ известно очень мало. Согласно Калдербэпку и др. для колпачковых тарелок оно оказывается менее важным, чем для устройств других рассмотренных ниже типов. [c.224] Использование метода одновременного определения скоростей абсорбции, сопровождаемой и не сопровождаемой химической реакцией, как уже говорилось в разделе IX-1-4, особенно необходимо в таком частном случае, когда коэффициент физической массоотдачи в жидкой фазе изменяется в значительной степени при протекании абсорбции с химической реакцией. Примером такого процесса, как установлено в работе П. Л. Т Бриана и др., рассмотренной в разделе Х-1, и Ю. В. Аксельрода, Ю. В. Фурмера и др. , является абсорбция двуокиси углерода растворами аминов. Доп. пер. [c.225] представляется вероятным, что в пенах с низким содержанием жидкости, существующих, например, на ситчатых тарелках, имеются тонкие пленки, которые оказываются насыщенными газом при его физической абсорбции, а значит, перестают вносить заметный вклад в общую скорость абсорбции (как это обсуждалось выше применительно к насадочным колоннам). В то же время, если жидкость представляет собой раствор реагента с высокой емкостью по абсорбируемому газу, то вклад таких тонких пленок в скорость абсорбции существенен. Отсюда следует, что величины эффективной межфазной поверхности для абсорбционных процессов различных типов могут быть не одинаковыми. Применительно к пенам это не доказано, хотя, как следует из дискуссии в разделе IX-1-5, в насадочных колоннах это явление несомненно существует. [c.225] Систематическое изучение тарельчатых аппаратов, в частности, проведено А. И. Родионовым и др. 7 . В этих работах сопоставлены результаты измерения поверхности контакта фаз в тарельчатых аппаратах различными методами, а также представлены данные о величине этой поверхности и о коэффициентах массоотдачи в обеих фазах, отнесенных к единице ее площади. Доп. пер. [c.225] Портер и др. измерили межфазную поверхность на колпачковой тарелке диаметром 0,9 м с помощью быстрой реакции первого порядка (см. раздел IX-1-3). Они нашли, что поверхность а контакта фаз в единице объема пены почти не зависит от скорости газа и высоты пены и составляет около , Ъ см . В то же время значение а заметно возрастало при установке над тарелкой проволочной сетки. Найденные значения оказались почти не зависящими от условий и равными примерно 0,03—0,04 см1сек. [c.226] Уравнение (IX,41) получено обобщением экспериментальных данных в широкой области изменения свойств жидкостей и газов и для различных ситчатых тарелок. [c.226] Общая межфазная поверхность на тарелке, конечно, зависит от объема пены на ней, а значит, — от высоты пены. Высота пены для тарелок с перетоками приблизительно равна высоте переточных перегородок. Для провальных тарелок она зависит от их конструкции и от скоростей газа и жидкости и должна определяться экспериментально. [c.226] Межфазная поверхность может изменяться в зависимости от поверхностных свойств жидкости, которые определяются ее составом (включая присутствие несмачиваемых твердых частиц), а также несомненно — от температуры. Эти зависимости изучены очень слабо, но Калдербэнк отмечает возрастание а при добавлении к воде гидрофильных примесей . [c.226] Значения а , полученные Калдербэнком , составляли от 1 до 8 M J M пены. Шарма и Гупта , используя для измерения а быструю реакцию первого порядка (см. раздел IX-1-3), нашли, что область изменения а составляет 2—5 см . [c.227] Уравнение (IX,42) применимо к малым пузырям, гидродинамическое поведение которых аналогично поведению твердых шариков, а уравнение (IX,43) — к пузырям больших размеров с подвижными поверхностями. В типичных условиях работы ситчатых тарелок значения являются промежуточными между предсказываемыми по обоим этим уравнениям. При отсутствии более точной информации в расчетах следует использовать уравнение (IX,42), дающее меньшие значения. Во всем рабочем диапазоне значения для абсорбции Oj водой при обычных температурах изменялись от 0,005 до 0,1 см1сек, в то время как из уравнения (IX,42) следует, что 0,01 см1сек, а из уравнения (IX,43) — 0,05 см сек. [c.227] Уравнения (IX,42) и (1Х,43) получены на основании определения а оптическим методом с последующим делением наблюдаемых значений ki на а . Шарма и Гупта используя значения а , полученные химическим методом, нашли, что значения ki изменялись в водном растворе от 0,015 до 0,045 см сек. [c.227] Шарма и Гупта получили также значения коэффициента массоотдачи в газовой фазе k , которые составляли для различных ситчатых тарелок и высот пены от 1,0 10 до 4,5 - Q моль см -сек-атм). [c.227] Согласно Калдербэнку и Му-Янгу коэффициент ки выражается уравнением (IX,43) для пузырей, диаметр которых больше 2,5 мм, и уравнением (IX,42)—для более мелких пузырей. Обычно при низких скоростях мешалки диаметр пузырей больше 2,5 мм. С возрастанием интенсивности перемешивания значение коэффициента ки остается постоянным вплоть до момента, когда пузыри разрушаются до диаметра менее 2,5 мм. Тогда значение ки резко уменьшается, после чего вновь остается постоянным. Межфазная поверхность а в единице объема дисперсии все время увеличивается с ростом числа оборотов мешалки. [c.228] Калдербэнком обнаружена невозможность уменьшения размера пузырей ниже критического значения 2,5 мм для чистых жидкостей вне зависимости от затрачиваемой на перемешивание энергии. В то же время в водных растворах образуются пузыри размером менее критического уже при относительно малых затратах мощности. [c.228] Калдербэнк установил следующие соотношения между межфазной поверхностью а и мощностью Р, диссипируемой мешалкой в единице объема жидкости. [c.228] Уравнение (IX,46) дает превышение а над значением, получаемым по уравнению (IX,45). Это объясняется увлечением газа с поверхности жидкости вглубь при более высоких скоростях вращения мешалки. [c.228] Чтобы вычислить а , нужно знать мощность, диссипируемую в единице объема жидкости. При расчетах необходимо использовать соотношение между мощностью и числом оборотов мешалки. Мощность, диссипируемая мешалками в гомогенных жидкостях, измерялась многочисленными исследователями. Однако в присутствии пузырей газа она намного снижается. Отношение Р/Ро является функцией QINd , причем Р и Ро — значения диссипации мощности в газожидкостной дисперсии и в жидкости, свободной от пузырей, Q — объемный расход газа, N — число оборотов мешалки, а й — ее диаметр. Вид функции в общем зависит от геометрии мешалки и сосуда. На рис. 1Х-5 представлено соответствующее графическое выражение этой функции для условий опытов в работе Калдер-бэнка , использовавшего шестилопастную мешалку в сосуде с отбойными перегородками. [c.229] Калдербэнк нашел, что добавление к воде электролитов или спиртов нормального строения увеличивает газосодержание дисперсии. Увеличение их концентрации приводит к росту к до определенного значения, которое далее остается постоянным. Четкое объяснение такого влияния добавляемых веществ на газосодержание и межфазную поверхность отсутствует. [c.229] Рейт измерял межфазную поверхность в абсорберах с мешалками фотографическим методом а также используя быструю реакцию кислорода с сульфитом, катализируемую кобальтом (см. раздел Х-3). Устройство использованной им аппаратуры показано на рис. 1Х-6. [c.229] Вернуться к основной статье