ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементы гидродинамики двухфазных потоков из "Основные процессы и аппараты химической технологии" По этой формуле можно вычислить скорость Wg, необходимую для достижения любой данной доли свободного объема слоя. [c.111] Многие процессы химической технологии проводятся при движении через трубопроводы и аппараты двухфазных потоков. В этих потоках одна из фаз обычно является дисперсной, а другая — сплошной (дисперсионная среда), причем первая распределена в объеме второй в виде частиц, капель, пузырей, пленок и т. п. Взаимное направление обеих фаз в потоке может быть различным. Например, движение твердых частиц и потока газа при пневмотранспорте, пузырей пара и кипящей жидкости в вертикальных трубках выпарных аппаратов с естественной циркуляцией (см. главу IX) направлено в одну сторону, т. е. является прямоточным. Во многих других случаях фазы движутся в противоположных направлениях, т. е. их движение противоточное. При противотоке фаз осуществляется, в частности, взаимодействие пленок стекающей вниз жидкости с восходящими потоками газа или пара в пленочных или насадочных абсорбционных и ректификационных колоннах, взаимодействие капель с потоком другой жидкости (сплошной фазой) в полых или насадочных колонных экстракторах (см. главы XI и XII) и т. д. Картина взаимного движения фаз в аппарате в целом или на отдельных его участках часто более сложная, чем при прямотоке или противотоке, например в аппаратах с псевдоожиженным слоем или на тарелках массообменных аппаратов при барботаже (см. главу XI). [c.111] Основное различие механизмов движения двухфазных потоков первого и второго рода состоит в том, что твердые частицы в таких процессах, как осаждение, псевдоожижение, пневмотранспорт, практически не меняют своей формы и массы, в то время как элементы дисперсных фаз в потоках систем газ—жидкость и жидкость—жидкость (пузыри, капли, пленки) обычно меняют при движении свою форму (из-за подвижности границы раздела фаз), а часто и массу (вследствие слияния или дробления отдельных пузырей и капель). [c.111] Гидродинамические характеристики двухфазных потоков первого рода были рассмотрены выше. [c.111] Математическое описание движения систем газ—жидкость и жидкость—жидкость и получение уравнений для гидравлического расчета аппаратов, в которых они движутся, является значительно более сложным, чем для однофазных потоков. Поэтому приходится обычно использовать экспериментальный путь изучения двухфазных потоков, проводя опыты на моделях и обобщая результаты экспериментов. Одна из главных трудностей таких исследований связана с тем, что характеристики течения каждой фазы во многих случаях зависят от условий течения другой фазы. [c.111] Критерий Ше является мерой отношения сил инерции к силам межфазного натяжения и характеризует постоянство этого отношения в сходственных точках подобных потоков. [c.112] Гидравлические характеристики газо-жидкостных потоков в аппаратах различных типов, а также уравнения для гидравлического расчета этих аппаратов будут приведены в соответствующих главах. Здесь же в качестве примера кратко рассмотрим физическую картину и основные характеристики двух распространенных в промышленности процессов барбо-тажа газа (пара) сквозь жидкость и пленочного течения жидкости, соприкасающейся с газом (паром). [c.112] Барботаж. При барботаже газа (пара) сквозь жидкость газовая фаза, распределяемая через отверстия различных устройств, диспергируется в последней в виде пузырей. Возникающую при этом дисперсию называют пеной. Такая пена является нестабильной и разрушается сразу же после прекращения подачи газа. Стабильные пены могут образовываться лишь при добавлении к жидкости поверхностно-активных веществ. [c.112] Пена может быть охарактеризована газосодержанием и удельной поверхностью контакта газа и жидкости. [c.112] Под газосодержанием (г азонаполнением) понимают долю объема е газовой фазы в общем объеме пены. Эту величину можно определить с помощью измерения общего объема пены и объема светлой жидкости (последний измеряют после прекращения подачи газа). [c.112] Удельной поверхностью а (м 1м ) называют поверхность фазового контакта между газом и жидкостью в единице объема пены. [c.112] Если газ распределяется в жидкости, проходя через одиночное отверстие, то при относительно небольшом расходе он барботирует сквозь жидкость в виде отдельных свободно всплывающих пузырей (свободное движение). [c.112] Из уравнения (И, 142) следует, что при свободном движении диаметр пузыря не зависит от расхода газа, а определяется диаметром отверстия и физическими свойствами жидкости. С увеличением расхода газа 3 [м кек) возрастает лишь число пузырей, отрывающихся в единицу времени, или частота отрыва, равная сек . [c.113] Когда расход газа достигает критического значения Q p, последовательно образующиеся у отверстия пузыри не успевают оторваться один от другого и движутся в виде цепочки, соприкасаясь друг с другом. [c.113] Скорость подъема пузырей небольшого диаметра находится аналогично скорости свободного осаждения частиц (см. стр. 98) — из условия равенства подъемной силы и силы сопротивления среды. Получаемое расчетное уравнение для аналогично уравнению (П,115), в котором плотность р,, твердой частицы заменяется плотностью газа, плотность р среды — плотностью жидкости, а знак перед правой частью уравнения меняется на обратный. [c.113] Пленочное течение жидкостей. В ряде процессов химической технологии (абсорбция, ректификация выпаривание и др.) применяются аппараты, в которых жидкость движется по поверхности в виде тонких пленок. От характеристик течения пленок, их толщины и скорости движения в значительной мере зависят скорости этих процессов. [c.114] Рассмотрим сначала стекание пленки жидкости под действием силы тяжести по вертикальной поверхности при условии, что газовый (паровой) поток не влияет на движение жидкости. Последнее условие соблюдается при небольших скоростях газа. [c.114] При ламинарном течении пленки с гладкой поверхностью скорость по толщине ее изменяется по параболическому закону от нуля у твердой стенки до а/щах У свободной поверхности, причем И тах = где ш — средняя скорость пленки. [c.115] Вернуться к основной статье