ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ЗОВНІШНЬОГО МАСОПЕРЕНОСУ ПРИ АДСОРБЦІЇ З РОЗЧИНІВ У АПАРАТІ З ПЕРЕМІШУВАННЯМ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2021.1.02Ключові слова:
масоперенос, адсорбція, перемішування, турбулентність, енергія, дисипація, критеріальне рівнянняАнотація
Вивчено спосіб транспортно-контрольованого масопереносу до частинок, підвішених в посудині з мішалкою. Було досліджено рух частинок у рідині і запропонований метод розрахунку відносних швидкостей в термінах теорії локальної ізотропної турбулентності Колмогорова для масоперенесення.
Для більш конкретної візуалізації складної хвильової форми турбулентності виявилися зручними концепції вихорів, які характеризуються швидкістю, масштабом (або хвильовим числом) і енергетичним спектром.
Великомасштабні рухи масштабу містять майже всю енергію, і вони безпосередньо відповідальні за дифузію енергії по всьому посуду для перемішування за рахунок кінетичної енергії і енергії тиску. Однак більша частина енергії майже не розсіюється.
Масштаб руху менше відповідає за передачу конвективної енергії ще меншим вихровим часткам. При ще менших масштабах вихорів, близьких до характерних мікромасштабів, як правило присутні дисипація в'язкою енергії й конвекція. Останній діапазон вирів отримав назву універсального рівноважного діапазону. Він був додатково розділений на область з малим розміром вихорів, підобласть в'язкої дисипації і область більшого розміру, підобласть інерційної конвекції.
Вимірювання енергетичного спектра в змішувальній ємності показують, що існує діапазон, в якому діє так званий сепеневий закон «-5/3». Відповідно, теорія локальної ізотропії Колмогорова може бути застосована через існування внутрішньої підобласті. Оскільки інтегроване значення локальної швидкості розсіювання енергії узгоджується з потужністю на одиницю маси рідини від робочого колеса, майже вся енергія від робочого колеса в'язко розсіюється в вихорах мікромасштаба.
Рекомендовано співвідношення масопереносу до частинок, підвішених в посудині з мішалкою. Результати експериментального дослідження приблизно на 12 % вище прогнозованих значень.
Посилання
Kolgomorov A.N. Lokal'naya struktura turbulentnosti v neszhimaemo zhidkosti pri ochen' bol'shih chislah Rejnol'dsah. DAN SSSR t. 30, №4, 1941 – P. 299–303.
Hince I.O. Turbulentnost' FM. M. 1963. – 680 p.
Betchelor Dzh. Teoriya odnorodnoj turbulentnosti, IL, M. 1955. – 197 p.
Bєtchelor Dzh., Moffaj G., Seffmen F. i dr. Sovremennaya gidrodinamika. Uspekhi i problemy. M.: MIR, 1984 – 501 p.
Obuhov A.M., Yaglom A.M. Mikrostruktura turbulentnogo potoka / Prikl. matem. mekh. 1951. T. 15, № 1. P. 3–26.
Levin V.G. Fiziko-himicheskaya gidrodinamika, M.: Fizmat giz, 1950. – 700 p.
Rejnol'ds A.Dzh. Turbulentnye techeniya v inzhenernyh prilozheniyah, M.: Energiya, 1979. – 408 p.
Nagata S., Nishikawa M., Inoue A. Turbulence in non-buffled mixing vessel Journal of chemical Engineering of Japan, vol 8, No3, 1975 – p. 243–247.
Levics D.M., Glastonbury J.R. Particle-liquid hydrodynamics and mass transfer in a stirred vessel, Trans. Instu. Chem. Engrs., vol 50, 1972 – p. 132–145.
Dytnerskij YU.I. Osnovnye processy i apparaty himicheskoj tekhnologii: Posobie po proektirovaniyu/ G.S. Borisov, V.P. Brykov, YU.I. Dytnerskij i dr. Pod red. YU.I. Dytnerskogo, 2-e izd., pererab. i dopoln. – M.:Himiya, 1991. – 496 p.
Nikol'skij B.P. Spravochnik himika. 2-e izd. – M.: Himiya, 1966. – 1072 p.
SHuteev V.YA., Smirnov V.N., Solovej V.N., Volovod V.F. Izmerenie para-metrov turbulentnosti v apparatah s meshalkoj lazernym anemometrom. TOHT, t.14, №1, 1980.– P. 148–150.
