ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Стекающие пленки жидкости из "Массопередача" Иногда в массообменных устройствах имеются жидкие пленки которые под воздействием силы тяжести стекают по наклонной или вертикальной поверхности. Перепад давления в потоке газа, проходящем через колонну со смоченными стенками, невелик, поскольку сопротивление формы мало. Поэтому колонны со смоченными трубками особенно выгодно использовать для вакуумной дистилляции, испарения, конденсации из смеси паров и, возможно, также для дегазации жидкостей. Однако конструктивно здесь возникает трудность в достижении равномерного орошения периметра некоторого числа параллельно расположенных трубок. [c.232] Закономерности течения жидкости по вертикальной пластине (см. рис. 3.4) по существу те же, что и при стекании жидкости либо по внутренней, либо по наружной поверхности вертикальной трубы, если только радиус ее значительно больше толщины стекающей пленки жидкости. Принципиальное различие сводится к существованию сопротивления и поверхностного натяжения вблизи края пластины конечной ширины поток не характеризуется однородностью по ширине. При сильном проявлении эффектов, связанных с поверхностным натяжением, скорость жидкости у краев может фактически стать наибольшей. [c.232] Образование капиллярных и гравитационных волн сильно усложняет простой случай гладкого ламинарного течения, и эти явления пока еще не описаны количественно. Очень хороший обзор Фалфорда [57 ] содержит исчерпывающую сводку многочисленных исследований, опубликованных за период, включая 1964 г. В книге [133] обсуждены различные аспекты пленочного течения. Вслед за пионерской работой Гримли [79] появилось большое число статей, посвященных природе и поведению волн, которые образуются на стекающих пленках [1, 27, 45, 172, 194, 200]. [c.233] Постепенный переход от ламинарного течения к турбулентному проиллюстрирован на рис. 6.2, на котором показана зависимость комплекса Нуссельта для толщины пленки от числа Рейнольдса. Шкала справа отвечает толщине пленки воды, стекающей по вертикальной поверхности и находящейся в контакте с воздухом. [c.233] Массоотдача в безволновую ламинарную пленку была предметом глубокого анализа методами теории проницания (см. раздел 3.7). Образование волн на поверхности такой пленки приводит к некоторому перемешиванию жидкости вблизи поверхности, а это существенно увеличивает скорость массоотдачи. Волны заметно не повышают площадь поверхности или межфазную площадь [177, 198]. [c.234] При движении газа или жидкости около стекающей пленки возникает касательное напряжение на поверхности, которое изменяет характер течения однако при обычных скоростях газа указанный эффект не значителен. При противоточном течении воздуха и воды в колонне со смоченными стенками отношение 11 11 остается близким к 1,5 при числах Рейнольдса для газа до 24 ООО и более. Из литературных источников также следует, что при прямоточном течении толщина пленки снижается менее, чем на 10% при скоростях газа до 8 м/с. [c.234] Чтобы устранить волны и, тем самым, обеспечить воспроизводимость данных по массоотдаче в пленке, многие специалисты добавляют в воду поверхностно-активные вещества. К сожалению, относительно небольшой объем проведенных исследований не позволяет судить о характере влияния этих добавок иа закономерности течения пленки, начальный момент образования волн и на переход к турбулентному течению. [c.234] Рассл1атриваемый случай типичен для абсорбции газа в ко лонне со смоченными стенками, в которой жидкость находится в стационарном ламинарном движении при отсутствии волн. Сопротивление переносу в газовой фазе пренебрежимо мало, и концентрация газа постоянна Сситуация, когда в потоке газа происходит уменьшение концентрации из-за абсорбции, по-видимому не обсуждалась). Концентрация растворенного вещества повсюду на поверхности жидкости равна с , причем она соответствует условию достижения статического равновесия с газом. Растворяющееся вещество диффундирует от поверхности жидкости в стекающую пленку. [c.234] Сопоставление некоторых результатов экспериментов по массообмену между газом и стекающей пленкой с теорией приведено на рис. 6.3. Значительный разброс данных, по-видимому, в основном связан с образованием волн или пульсаций на поверхности стекающей пленки жидкости, Ходсон [98] и Харлбурт [104] не добавляли поверхностно-активные вещества в воду, и их данные находятся выше теоретической кривой. Сведения Линна, Стратемейера и Крамерса [143], которые проводили тщательную проверку теории, относятся к абсорбции ЗОг водой, содержащей 0,05 % (масс.) растворимого поверхностно-активного вещества. [c.236] Данные Эммерта и Пигфорда 147] по абсорбции и десорбции кислорода и диоксида углерода водой с добавкой ПАВ хорошо согласуются с теорией при повышенных скоростях течения воды. [c.237] Данные Хикита [90], которые не показаны на рисунке, по абсорбции СО2 водой, не содержащей поверхностно-активное вещество, весьма хорошо описываются теорией в диапазоне 20 1/р 1000, но располагаются примерно на 50 % выше при 1/р = 5. [c.237] Роль поверхностно-активного вещества сводится к подавлению или устранению процесса образования волн межфазное сопротивление, вызванное добавлением этого вещества, вероятно, несущественно или, во всяком случае, оно сказывается значительно меньше, чем тот эффект, который обусловлен устранением пульсаций. Эммерт и Пигфорд [47 ] и Хикита нашли, что добавление небольших количеств поверхностно-активных веществ способствует уменьшению коэффициента на 30—50 %. Воздействие ПАВ не приводит к исчезновению волн, когда пленочное течение при высоких расходах воды становится турбулентным. Изучена природа волн возмущений на поверхности пленки, которые приводят к повышенным скоростям массоотдачи [165, 221, 5, 171]. [c.237] Массообмен между стенкой вертикальной трубы или наклонной плоской поверхностью и стекающей пленкой жидкости имеет, возможно, небольшое практическое значение, но представляет особый интерес, так как относится к струйному течению среды через слои, образованные частицами катализатора. Соответствующий случай теплоотдачи от стенки к стекающей пленке, однако, весьма существен в промышленной практике. [c.238] Приемлемая теория для процесса теплоотдачи была разработана Нуссельтом [162] более 50 лет назад. При анализе исходным является уравнение (3.59), и вывод его аналогичен решению, приводящему к выражению (3.61). Было принято, что при движении жидкости параллельно поверхности теплоотдачи скорость изменяется в зависимости от у по параболическому закону и равна нулю при г/ = О, но граничные условия иные с = при = О, а не при у = у . Решение с разложением в ряд, найденное Нуссельтом, устанавливает связь между двумя безразмерными группами переменных, характеризующих теплообмен, т. е. связь между числами Нуссельта и Грэтца. Полученные данные табулированы Норрисом и Стридом [161 ] для случая теплоотдачи от стенок плоского канала к жидкости, находящейся в ламинарном движении, что математически аналогично стеканию пл нки, если толщину ее у принять равной половине расстояния между стенками канала. Браун [16 проанализировал с помощью ЭВМ теплоотдачу в плоском канале, выполнив точный расчет шести собственных функций и собственных значений. Эти результаты могут быть использованы для расчета коэффициентов теплоотдачи от стенок. [c.238] Выявленная закономерность, характеризующая массоотдачу от твердой поверхности, к ламинарно стекающей пленке, показана на рис. 6.4 в виде теоретической кривой 2. Координатами этой кривой служат приведенные числовые значения. [c.239] Вернуться к основной статье