Cтраница 2
Помимо градиента концентраций в результате массообмена возникает и градиент температур, что в общем случае может привести к поверхностной турбулентности [11], за счет изменения плотности и поверхностного натяжения. [16]
Кроме градиентов поверхностного натяжения возможно действие и других эффектов, вызывающих выталкивание и всплывание элементов жидкости, что может привести к поверхностной турбулентности. [17]
Изменение поверхностного натяжения в процессе массопередачи может явиться в некоторых случаях источником возникновения так называемой поверхностной турбулентности ( эффект Ма-рангони), ведущей к снижению сопротивления одной из фаз. Поверхностная турбулентность затухает при уменьшении движущей силы; поэтому возрастание К с увеличением движущей силы может свидетельствовать о возникновении поверхностной турбулентности. Однако до сих пор неизвестны работы, подтверждающие возникновение поверхностной турбулентности в условиях абсорбции. [18]
Повышенное значение Кы в начальное время переноса обусловлено визуально наблюдаемой поверхностной турбулентностью, которую также обнаружили Шервуд и Вей [11.] при переносе уксусной кислоты в тех же концентрациях из изобутанола в воду. Поверхностная турбулентность исчезает через 10 мин. [19]
Все вышеприведенные сведения получены в результате теоретического и экспериментального изучения процессов экстракции, физической абсорбции и хемосорбции. Можно предположить, что еще в большей степени явление поверхностной турбулентности проявляется при осуществлении реакционно-диффузионных процессов, где за счет диффузии отводятся продукты реакции, проходящей в жидкой фазе. Действительно, можно показать, что в этом случае отвод продуктов способствует увеличению скорости обратимого процесса в соответствии с принципом Ле-Шателье, а для необратимого - вследствие закона действия масс, так как в реакционной массе при отводе продуктов реакции увеличивается концентрация реагентов. [20]
Для некоторых систем, однако, существуют значительные пограничные сопротивления, как, например, в случае жидкостей, содержащих поверхностно-активные вещества, которые обладают тенденцией концентрироваться на поверхности. Кроме того, диффузия растворенного вещества иногда вызывает появление поверхностной турбулентности, которая не связана с турбулентностью в объеме перемещающейся среды. Такая турбулентность приводит к повышению скорости переноса и равносильна возникновению отрицательного пограничного сопротивления. В последние годы эти эффекты подверглись широкому изучению, однако и по сей день отсутствует возможность их количественного описания. [21]
Перенос вещества в жидкой фазе непосредственно у свободной поверхности ( на границе с газом) связан с поверхностным натяжением и рядом явлений, определяющим состояние этой поверхности. При этом возможно как замедление ( поверхностное сопротивление), так и ускорение ( поверхностная турбулентность) процесса переноса. [22]
Здесь также наблюдается поверхностная турбулентность, но, вероятно, она не является основным механизмом процесса. Так, если вместо воды взять разбавленный ( 0 001 М) раствор лаурил-сульфата натрия, поверхностная турбулентность подавляется, а самопроизвольное эмульгирование продолжается. Кроме того, не наблюдается корреляции с величиной поверхностного натяжения, и имеется только связь с коэффициентом распределения. [23]
Изменение поверхностного натяжения в процессе массопередачи может явиться в некоторых случаях источником возникновения так называемой поверхностной турбулентности ( эффект Ма-рангони), ведущей к снижению сопротивления одной из фаз. Поверхностная турбулентность затухает при уменьшении движущей силы; поэтому возрастание К с увеличением движущей силы может свидетельствовать о возникновении поверхностной турбулентности. Однако до сих пор неизвестны работы, подтверждающие возникновение поверхностной турбулентности в условиях абсорбции. [24]
Поверхность раздела фаз бывает нередко очень активна в отношении переноса массы в каком-либо одном направлении, но активность ее совершенно не проявляется при диффузии растворенного вещества в противоположном направлении. Поверхностно-активные, или смачивающие агенты, которые склонны концентрироваться на границе раздела фаз, сильно снижают или даже устраняют развитие поверхностной турбулентности. Известны случаи, когда такая турбулентность приводила к увеличению скорости массо-обмена в несколько раз. [25]
Эксперименты по изучению турбулентной диффузии были проведены также при течении воды в открытых каналах, что представляет интерес в связи с процессами осаждения взвесей в реках. Данные измерений рассеяния мельчайших капель в воде опубликованы Калинске и Ван Дристом [90], Калинске и Роберт-соном [91 ], Ван Дристом, а также Орлобом [116], который исследовал поверхностную турбулентность, наблюдая рассеяние частиц, плававших на поверхности воды при ее течении в открытом канале. [26]
Кроме того, очевидно, что уравнение (5.41) нельзя использовать для нахождения K. Y no kc и kY, если: 1) имеется дополнительное сопротивление, обусловленное, скажем, появлением на границе раздела фаз поверхностно-активного вещества; 2) возникает волнообразование или поверхностная турбулентность, которые приводят к росту / г или ky относительно значений, свойственных отдельной фазе; 3) вблизи границы раздела фаз происходит химическое взаимодействие, отсутствовавшее в момент определения коэффициентов массоотдачи. [27]
При некоторых условиях возможно возникновение в жидкости конвективных токов в непосредственной близости к границе фаз, обычно ведущее к значительному повышению РЖ. Это явление ( поверхностная, или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангони, является следствием нестабильности поверхности, когда возникающие в жидкости случайные малые возмущения усиливаются. Большей частью поверхностная турбулентность связана с возникновением градиентов поверхностного натяжения; при этом поверхность стремится к состоянию с минимумом энергии, вызывая расширение области с низким 0 и сокращением области с высоким а. Если с повышением концентрации компонента в жидкости о возрастает ( положительные системы), усиление малых возмущений приводит к спонтанному перемешиванию вблизи поверхности. Если же с повышением концентрации сг уменьшается ( отрицательные системы), возмущения затухают. [28]
Возникновение УМЭ можно легко наблюдать, если наслоить углеводород ( масляная фаза) на водный раствор эмульгатора. Спустя некоторое время на границе раздела фаз появляется тонкая молочно-белая прослойка, постепенно утолщающаяся в сторону водной фазы. Это явление обусловлено гидро динамическими эффектами поверхностной турбулентности и конвекции ( массопереноса) через границу раздела фаз. В результате спонтанно развивается односторонний перенос углеводорода в водную фазу в форме УМЭ. Отдельные капельки ее имеют коллоидные размеры ( d l мк) и защищены адсорбционными слоями, которые связывают их в сплошную гелеобразную структуру. [29]
Возникновение УМЭ можно легко наблюдать, если наслоить углеводород ( масляная фаза) на водный раствор эмульгатора. Спустя некоторое время на границе раздела фаз появляется тонкая молочно-белая прослойка, постепенно утолщающаяся в сторону водной фазы. Это явление обусловлено гидро динамическими эффектами поверхностной турбулентности и конвекции ( массопереноса) через границу раздела фаз. В результате спонтанно развивается односторонний перенос углеводорода в водную фазу в форме УМЭ. Отдельные капельки ее имеют коллоидные размеры ( dCl мк) и защищены адсорбционными слоями, которые связывают их в сплошную гелеобразную структуру. [30]