2015-05-12
1293
Характер распределения и взаимодействия пара (газа) и жидкости на тарелке барботажного типа зависит не столько от конструкции контактного устройства, сколько от скорости парового потока [3, 7]. Пар (газ), выходящий из большого числа отверстий и барботирующий через слой жидкости, создает газожидкостной слой, структура которого определяет его гидравлическое сопротивление.
Основным параметром, определяющим структуру газожидкостного слоя на тарелке, является скорость газа ωг, отнесенная к полному сечению аппарата. На рисунке 6.3 представлено возникновение различных зон в двухфазной системе газ - жидкость.
1 - зона барботажа; 2 - зона пены; 3 - зона брызг
Рисунок 6.3 - Возникновение различных зон в двухфазной системе на ситчатой тарелке
При небольших значениях ωг, не превышающих скорости свободного подъема пузырьков этого газа в данной жидкости, образуется типичный барботажный (пузырьковый) слой, т. е. пузырьки газа под действием архимедовой силы свободно всплывают в жидкости со скоростью 0,1…0,4 м/с. Лишь в тонком слое жидкости, примыкающем к решетке, скорость газа приближается к скорости пузырька от нескольких метров в секунду после отрыва его от отверстия до десятых долей метра в секунду в барботажном слое. Однако и для типичного барботажа характерно, что над пузырьковой зоной, в которой находится основная масса жидкости, обычно имеется зона пены, а над пеной - зона брызг, причем две последние зоны содержат лишь незначительную часть жидкости.
|
|
|
Образование зоны пены при малых скоростях газа происходит потому, что кинетическая энергия всплывающих пузырьков газа может быть недостаточной для преодоления механической прочности поверхностной пленки, в особенности адсорбционного слоя поверхностно-активных веществ. Поэтому над типично барботажным слоем образуется зона малоподвижной ячеистой структурированной пены.
Над газожидкостным слоем, в котором жидкость является непрерывной фазой, всегда имеется зона брызг той или иной концентрации. При выходе пузырьков газа из слоя жидкости (пены) и разрушения поверхностной пленки всегда происходит образование брызг, которые поднимаются потоком газа над слоем жидкости или пены на различную высоту в зависимости от их дисперсности и скорости газа. При увеличении скорости газа зона пены расширяется за счет пузырьковой зоны.
Обычно при достижении скорости газа в полном сечении аппарата ωг = 0,5…0,7 м/с дисперсная система становится в основном пенной, лишь у самой решетки остается типично барботажнын слой толщиной в несколько миллиметров, а также сохраняется незначительная по заключенной в ней массе жидкости зона брызг.
|
|
|
Свободное всплывание пузырьков без накопления газа в жидкости возможно лишь при условии, если скорость газа, отнесенная к полному сечению аппарата, будет меньше произведения ω’п∙φп, где ω’п - скорость всплывания пузырька, φп - доля площади сечения аппарата, занятая пузырьками. Если принудительный поток газа, вводимый через решетку, больше ω’п∙φп, то свободное всплывание пузырьков не обеспечивает отвода всего газа, поступающего в газожидкостный слой. Поэтому при ωг > ω’п∙φп одновременно с образованием ячеистой пены, проникающей в глубь жидкости, начинается накопление пузырьков газа в самой толще жидкости, что приводит к возникновению подвижной пены. При дальнейшем увеличении скорости газа меняется высота слоя и характер пены. Одновременно с образованием подвижной пены внутри слоя жидкости наблюдается разрушение ячеек малоподвижной пены. Так. с повышением скорости газа происходит постепенный переход от барботажного режима к режиму эмульгирования. Общая высота пены при переходном режиме после повышения до максимума во многих случаях снижается, особенно для жидкостей, способных к образованию стойких коллоидных пен. Преобладание слоя ячеистой структурированной пены, которое соответствует переходному режиму от барботажной системы к взвешенному слою подвижной пены, наблюдается в широком интервале скоростей газа от 0,5 до 1,0 м/с. В этом интервале с ростом ωг пена становится все более подвижной и при ωг = 1,0…1.3 м/с превращается в сильно турбулизованный слой подвижной пены.
