ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Броунштейн, Г. А. Фишбейн. Некоторые новые результаты по исследованию нестационарной массопередачи в единичную сферическую каплю из "Жидкостная экстракция" Кинетика массопереноса в турбулизованных двухфазных жидкостных системах изучена недостаточно. Это связано, прежде всего, с отсутствием надежной количественной теории турбулентности. Однако в современных экстракторах процесс экстракции обычно протекает именно в условиях развитой турбулентности. Ранее [1,2] нами было показано, что в некоторых случаях кинетику экстракционного процесса можно описать математически с удовлетворительной точностью. [c.125] Бо все приведенные выше уравнения входит диаметр капель а в некоторые из них — относительная скорость движения капель в турбулентном потоке и. Аппроксимируя гидродинамическое состояние системы к турбулентно-изотропному, можно определить й и и при помощи теории Колмогорова [11]. [c.126] В уравнениях (7) и (8), относящихся соответственно к экстракции из псевдотвердых капель и к экстракции из капель с подвижной поверхностью, влияние молекулярной диффузии по уравнениям (1) и (2) не учитывается, потому что оно меньше второго члена уравнений на два порядка. [c.127] Экспериментальные исследования проводились в прямоточных стеклянных трубчатых экстракторах разного диаметра и длины. Использовались системы 1) (вода) — иод — (четыреххлористый углерод) 2) (четыреххлористый углерод) — иод — (раствор тиосульфата натрия) 3) (раствор тиосульфата натрия) — иод — (четыреххлористый углерод) и т. д. [c.127] Первые две системы имитировали массоперенос лимитированный диффузией вещества в сплошной фазе, а в третьей системе диффузионное сопротивление было сосредоточено в диспергированной фазе. Степень экстракции определялась фотометрическим или иодометрическим анализом обеих фаз. [c.127] В этом случае опытные данные также располагаются между двумя прямыми, построенными по уравнениям (7) и (8), ближе к модели псевдотвердой капли. В обоих случаях наклон опытной линии равен 2,1, т. е. имеет место полное совпадение с выведенными уравнениями (7) и (8). Так как в этих системах наряду с экстракцией протекает процесс непрерывной коалесценции (с последующим редисперги-рованием) капель, то можно сделать вывод, что он не искажает механизма массопередачи, если диффузионное сопротивление сосредоточено в сплошной фазе. Аналогичные результаты (и тот же наклон экспериментальной прямой в логарифмических координатах) были получены [15] при экстракции в сосудах с вращающимися мешалками. [c.128] Все эти результаты указывают на применимость уравнений (7) и (8) для систем с высоким межфазным натяжением и косвенным путем подтверждают справедливость выводов о пульсациониом движении капель в турбулизованных двухфазных системах. [c.128] Известно довольно мало численных значений этого фактора (пред ставляющего собой некоторый эффективный диффузионный коэффи циент, который в R раз больше, чем коэффициент молекулярное диффузии) для экстракции из одиночных капель. Они полностьи отсутствуют для экстракции в дисперсиях. [c.130] В котором используется зависимость Левича для скорости движенш поверхности капли в незагрязненных системах [14]. [c.130] Несмотря на это, зависимость R=f (Re) одинакова. [c.130] Для систем жидкость — жидкость установлено [1—4], что массопередача может происходить не только путем диффузии, но и путем спонтанно проходящих перемещений, называемых спонтанной межфазной турбулентностью или спонтанной поверхностной конвекцией (СПК). [c.131] В проводимых в Советском Союзе исследованиях, посвященных спонтанной межфазной турбулентности, основной идеей является учет макрокинетических параметров [5]. В более же поздних зарубежных исследованиях учитываются такн е и микрокинетические параметры. Наибольшее распространение при этом получили две теоретические концепции, объясняющие возникновение СПК неравномерностью массопередачи в различных точках поверхности [6—9]. [c.131] Однако если бы подобное объяснение было достаточным, то согласно ему СПК возникала бы лишь при массопередаче в одном направлении. Описываемое же явление может наблюдаться при массопередаче в обоих направлениях. Появление СПК при массопередаче из органической фазы в водную и в противоположном направлении обнаружено в экстракционных системах уранилнитрат — метилизобутилкетон — вода [7], уксусная кислота — этилацетат — вода [11], ацетон — этилацетат — вода [11], диэтиламин — четыреххлористый углерод — вода [12] и муравьиная кислота — бутил-ацетат — вода [12]. [c.132] В отличие от Льюиса и Пратта, Зигварт и Цассенштейн [7] связывают наличие СПК с локальными различиями а в результате местных изменений концентрации на границе фаз. Согласно этой гипотезе СПК наступает лишь там, где а достаточно сильно понижается экстрактом. Однако известны такие экстракционные системы, СПК в которых обнаружена, несмотря на то, что экстракт имеет небольшую поверхностную активность [13, 14]. Известны также системы, где СПК отсутствует, хотя экстракт суш,ественно изменяет о. [c.132] Полученные нами экспериментальные данные (табл. 1) свидетельствуют о том, что изменение при одинаковых Со или изменение Со- не связаны с возникновением СПК. [c.132] Считают также [15], что возникновение СПК может быть обусловлено местными изменениями о, вызванными локальными изменениями концентрации и температуры. Однако подобный взгляд противоречит опыту (табл. 2). [c.132] В системах, приведенных в табл. 2, иод поверхностно инактивен. Поэтому появление СПК может быть отнесено лишь за счет выделения тепла (А ) при экстракции. Однако в системе с изобутанолом, где наблюдается СПК, величина АЕ меньше, чем, например, в системе с толуолом, где СПК не обнаружена. [c.132] Таким образом, эффект локального изменения а при массонере-дач не может быть единственной причиной СПК. Об это1ирке свидетельствуют опыты, в которых СПК была замечена при растворении одной жидкости в другой [9, 16]. [c.132] Несмотря на то, что использование эффекта Марангони как первопричины СПК является некорректным, получила распространение основанная на указанном эффекте теория Стерлинга и Скри-вена [8], в которой для количественного описания механизма СПК были использованы законы динамики границы (эффект Марангони), гидродинамики (уравнение Навье — Стокса) и диффузионного переноса (законы Фика). [c.132] Вернуться к основной статье