Главная > Разное > Газожидкостные реакторы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

8. Гидродинамика в барботажных колоннах

Структура газожидкостной смеси.

Физическое состояние газожидкостной смеси при отсутствии вынужденного движения жидкости, что характерно для пустотелых барботажных колонн, достаточно подробно описано в литературе [30, 48, 53]. Возвращение к этому вопросу объясняется в основном необходимостью выбора определенной терминологии, поясняющей состояние двухфазной системы, поскольку до сих пор не принята единая, общепризнанная классификация ее структуры. Большинство исследователей дают описание систем, образованных чистыми жидкостями, т. е. не содержащими поверхностно-активных веществ (ПАВ). Применительно к таким системам примем три режима барботажа.

1. Пузырьковый режим, когда в жидкости всплывают отдельные небольшие пузыри, диаметр которых зависит от диаметра отверстий барботера. По данным [48]

По данным [109] размеры газовых пузырей не зависят от давления (при его измерении до 105 Па).

При условии скорость всплытия одиночного пузыря может быть рассчитана по формуле Стокса

(с поправкой Рэлея на наличие тангенциального движения вблизи границы раздела фаз)

Такую скорость имеют газовые пузыри, отделяющиеся от барботеров с отверстиями малых диаметров (менее 1 мм).

Скорость всплытия пузырей несферической формы можно рассчитать по рекомендациям, приведенным в литературе [48].

Поскольку при массовом барботаже получается полидисперсная система пузырей и трудно выбрать размер пузыря для расчета большинство исследователей рекомендуют пользоваться уравнением

2. Режим ячеистой пены, когда скорость газа в отверстиях барботера превышает скорость свободного всплытия пузыря и приближается к скорости газа в свободном сечении аппарата (0,2-0,4 м/с). В режиме ячеистой пены высота ее слоя возрастает с увеличением приведенной скорости газа.

3. Режим динамической пены, когда газожидкостная смесь образована пузырями различной формы, включая очень крупные скопления газа и брызг. Если диаметр аппарата небольшой (труба), то при этом режиме газ может двигаться в виде «снарядов», разделенных прослойками жидкости с включенными в них мелкими пузырями.

При наличии в жидкости ПАВ, что наиболее характерно для реальных систем, структура газожидкостной смеси осложняется. В этом случае над барботажным слоем независимо от режима движения газа образуется второй слой стабильной пены, которая с прекращением подачи газа не разрушается длительное время. При больших скоростях газа, что не типично для барботажных колонн, граница раздела барботажного слоя и слоя стабильной пены исчезает и газожидкостная смесь приобретает более или менее однородную структуру.

Механизм образования стабильной пены сводится к следующему. Пузырьки газа в жидкости окружаются адсорбционным слоем ПАВ. Всплывая к поверхности, они встречают имеющийся на ней тоже адсорбционный слой и растягивают его, как бы окружая себя двусторонней пленкой. Если эта пленка достаточно прочна, то всплывшие пузырьки образуют устойчивую пену, высота слоя которой растет со временем и тем быстрее, чем больше скорость газа.

Поскольку любая пена обладает большой свободной поверхностной энергией, она склонна к самопроизвольному разрушению, чему способствует синерезис - стекание жидкости из пленок между пузырьками под действием сил тяжести и капиллярного всасывания. Поэтому в динамическом состоянии высота слоя

стабильной пены зависит от скорости газа На рис. 24 представлена зависимость общей высоты слоя газожидкостной смеси и высот барботажного слоя и слоя стабильной пены от приведенной скорости газа полученная на гидролизате для выращивания кормовых дрожжей.

Наиболее быстрый рост наблюдается при изменении скорости газа до и характеризуется параметром

который показывает, что при высота слоя стабильной пены пропорциональна кинетической энергии газа. Исследования показали, что величина не зависит от диаметра аппарата (при ), от высоты исходного слоя жидкости (при ) и от диаметров отверстий барботера.

Рис. 24. Зависимость от скорости газа

Основное влияние на оказывает наличие в жидкости поверхностно-активных веществ, в чем можно убедиться, сопоставив данные табл. 1. Из таблицы видно, что для различных сред, имеющих практически одинаковые физические свойства, величина изменяется на два порядка.

Поскольку пока не раскрыта связь параметра с содержанием и свойствами ПАВ, его значение для конкретной жидкости можно установить только экспериментальным путем, продувая газ через слой жидкости высотой залитой в колонну диаметром

Таблица 1. (см. скан) Параметр для различных сред

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление