ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массообмен между твердой и жидкой фазами из "Перемешивание в химической промышленности" В главе 1 было показано, что гомогенизация при перемешивании происходит прежде всего вследствие турбулентной диффузии. Турбулентность имеет первостепенное значение также в случае передачи массы между фазами. Наибольшей турбулентность будет в центре потока по направлению к стенкам или границе раздела фаз она убывает. Непосредственно у стенок турбулентность будет нулевой. [c.182] Диффузионный критерий Нуссельта характеризует массообмен на границе раздела фаз. Диффузионный критерий Прандтля представляет собой отношение кинематического коэффициента вязкости к коэффициенту молекулярной диффузии, т. е. [c.183] Диффузионный критерий Прандтля характеризует массообмен в ядре потока. [c.183] Центробежный критерий Рейнольдса выражают как обычно для перемешивания (I, 16). [c.184] Значения показателей степени а я Ь, а также коэффициента уравнения С для основных случаев массоотдачи в аппаратах с перемешивающими устройствами определяют графическим сопоставлением безразмерных групп тем же способом, как было описано в главе 8 о теплопередаче. [c.184] Влияние перемешивания на растворе-н и е. Самым простым примером массопередачи между твердой и жидкой фазами является растворение твердых веществ, при котором почти всегда применяют перемешивание. Мелкие куски твердого вещества загружают в сосуд с жидкостью и перемешивают обычно механическими мешалками, а иногда воздухом. [c.184] Процесс массопередачи между твердой и жидкой фазами при перемешивании можно представить следующим образом-. Молекулы растворяются с поверхности твердой массы. Так как непосредственно на границе фаз в жидкости нет турбулентного движения, то растворяющиеся молекулы твердого вещества проникают в окружающую жидкость за счет молекулярной диффузии в на-правлении, нормальном к границе раздела фаз. Как только диффундирующие молекулы твердого вещества попадают на такое расстояние от границы раздела фаз, где уже проявляется турбулентное движение, начинает действовать турбулентная диффузия. Из этих двух стадий процесса массопередачи значительно более медленной будет передача массы молекулярной диффузией у поверхности твердого вещества, где отсутствует турбулентность. Представим далее, что на границе раздела фаз между твердым веществом и жидкостью существует пленка жидкости, в которой отсутствует течение, так что в ней сосредоточено сопротивление граничной поверхности, проявляющееся в резком изменении концентрации. В отличие от теплопроводности, этот слой называют диффузионным слоем (в немецкой литературе применяется термин диффузионная пленка Нернста ). [c.184] Результаты работ, посвященных определению толщины диффузионного слоя, сведены в статье Фильштиха [152]. В табл. 6 приводится составленный этим автором обзор зависимостей толщины диффузионного слоя от некоторых переменных. Толщина диффузионного слоя колеблется обычно в пределах от 5- 10 до 5- 10 мм. [c.185] Суммарная поверхность частиц твердого вещества 5 не является постоянной. Во время растворения твердого вещества поверхность у.меньшается. [c.186] Хиксон и Кроуэлл [59] объединили уравненпя (III, 23) и (III, 24) и проинтегрировали полученное выражение. Зависимость, найденную после интегрирования, авторы назвали законом кубического корня это уравнение, однако, так сложно, что не имеет большого значения для технической практики. Поэтому Хиксон и Баум [54] упростили его, руководствуясь следующими соображениями. [c.187] Пользуясь этим уравнением, можно подсчитать значение коэффициента массоотдачи, так как все остальные переменные, вообще говоря, измеримы. Поверхность частиц, если они имеют сферическую форму, определяют ситовым анализом. [c.188] Кафаров, принимая в качестве определяющего линейного размера диаметр мешалки, приводит в своей книге [180] эти уравнения в преобразованном виде. Критериальные уравнения для массопередачи при растворении поВ. В. Кафарову имеют следующий вид. [c.189] Данные собственных опытов автора по растворению бензой ной кислоты и гипса (при 6,7- 10 Кец 2,3- 10 ), в также опытов Хиксона [59] по растворению кристаллов хлористого натрия вполне удовлетворительно располагаются на корреляционном графике. [c.190] НО экспериментальных данных, подтверждающих его, не приводит. [c.190] С экономической точки зрения при проектировании аппаратов с мешалками для растворения очень важно, в течение какого промежутка времени растворится вещество и каков будет расход энергии на перемешивание. Уже Бюхе [22] в своей работе указывал, что скорость массообмена между твердым веществом и жидкостью пропорциональна мощности, потребляемой мешалкой, отнесенной к единице перемешиваеАюго объема. [c.190] Здесь —линейный размер зерна, и М. —масса твердой] и жидкой фаз, р-, и р ,—плотность твердой и жидкой фаз, /г.,— постоянная. [c.191] Постоянные и могут быть получены из модельных опытов. [c.192] Кнойле [76] придерживается той точки зрения, что при перемешивании, когда течение жидкости распределяет твердые частицы по всему объему сосуда, первостепенное значение будет иметь относительная скорость движения твердых частиц и жидкости. Гидродинамическое подобие движения твердых частиц, растворяющихся в жидкости, лучше всего характеризовать с помощью критерия Рейнольдса, в котором определяющим линейным размером является диаметр частицы (или зерна (1 , а в качестве скорости принята относительная скорость движения частицы в жидкости. [c.192] Нагата, Адаши и Ямагуши 1107] выполнили критический анализ основных работ Хиксона [54, 59]. Как следует из опытных данных Хиксона по определению влияния интенсивности перемешивания четырехлопастной турбинной мешалкой на скорость растворения (см. рис. 71). с ростом числа оборотов мешалки скорость растворения сначала увеличивается быстро (до Re =6,7 10 ), а затем сравнительно медленно. Объясняется это тем, что, пока в жидкости не взвешены все твердые частицы, с повышением числа оборотов мешалки происходит как дальнейшее взвешивание твердых частиц, так и повышение скорости турбулентной диффузии. Оба эти процесса благоприятно влияют на растворение частиц твердой фазы, и скорость растворения возрастает быстро. Однако, когда интенсивность перемешивания становится настолько высокой, что все твердые частицы будут взвешены в жидкости, дальнейший рост числа оборотов мешалки вызовет только повышение скорости турбулентной диффузии, и скорость растворения в этой области будет увеличиваться значительно медленнее. [c.193] Справедливость основных соотношений, выведенных аналитическим путем, Штейдл с сотрудниками подтвердили экспериментально 1153]. [c.196] Вернуться к основной статье