Лако-красочные материалы — производство

Диффузионные методы основаны на использовании уравнений, определяющих скорость массопередачи в дисперсных системах, и вы­числении по какому-нибудь из этих уравнений межфазной поверхно­сти (поверхности массообмена), если остальные величины в нем из­вестны или могут быть рассчитаны. Такой метод измерений приме­няется для систем газ—жидкость, когда газ вступает с жидкостью в быструю необратимую химическую реакцию первого порядка. В этом случае коэффициент массопередачи практически не зависит от гидродинамического состояния жидкости, поэтому скорость массо­передачи в данной системе пропорциональна межфазной поверх­ности [239]. Достоинством такого метода является то, что он дает (в отличие от других методов) сразу среднее значение межфазной по­верхности для всего аппарата.

РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ДИАМЕТРОВ КАПЕЛЬ (ПУЗЫРЬКОВ)

Многие авторы [24, 28, 48, 80, 127, 1G7, 215, 224, 240] приводят

Формулы для расчета эквивалентного (поверхностно-объемного) диа­метра капель или пузырьков, а также формулы для вычисления удельной межфазной поверхности, полученные при использовании зависимости этих величин от критерия Вебера We = N2D3Yc/O или от мощности, подводимой к перемешиваемой жидкости на единицу

Объема, Nv = N/V (в Вт/м3).

Кольдербанк [27 ] исследовал эту проблему для открытых тур­бинных мешалок с шестью лопатками в сосуде с перегородками для систем жидкость—жидкость и газ—жидкость. Результаты своих исследований он обобщил в виде зависимости:

„ = с (N/V)™ у».. Ф>(ПМ14>

О0»6 r xr J

Где для систем жидкость—жидкость С = 26,8 и I = 0,5; для систем газ—жидкость (растворы электролитов) С = 2,67 и I = 0,6; для си­стем газ—жидкость (водные растворы спиртов) С = 3,16 и I = 0,35.

Постоянная С в уравнении (III-114) является безразмерной вели­чиной, все остальные величины выражены с использованием кг, м, с. Таким образом, мощность, расходуемая на перемешивание, имеет размерность [Н-м/с]= [кг-м2/с3], поверхностное натяжение [Н/м] = [кг/с2], а удельная межфазная поверхность [м2/м3].

Вермюлен [224 ] и Кольдербанк [27 ] получили уравнение для дисперсии газов в чистых жидкостях. Одно из уравнений Кольдер — банка имеет вид:

( —) (III-115)

Где w0 — скорость газа, отнесенная к полному поперечному сече­нию аппарата с мешалкой; Ws — конечная скорость свободного подъ­ема пузырьков (ws {=& 0,25 м/с).

Величины в уравнении (III-115) тоже выражены с использованием кг, м, с. Для турбинных и лопастных мешалок и систем жидкость— жидкость Кольдербанком предложено уравнение:

A=siOO_We0.6<D r (II1-116)

Где / = 1 + 9ФГ — для турбинных мешалок с Z = 6 и D = D/3; / = 1 + 3,75ФГ — для лопастных мешалок с Z = 4 и D — 2D/3; We = N2D3Yc/A — критерий Вебера для процессов перемешивания.

Близкое к этому уравнение привел для лопастных мешалок и си­стем жидкость—жидкость Вермюлен [224]:

95

А = ~ Weo-б (II1-117)

Где / = 1 т 3,3фг.

В более поздней работе Вандервеен и Вермюлен [215 ] откоррек­тировали постоянную в уравнении (111-117) на 87 и приняли / = = 1 + 2,5ФГ. Эти данные были применены для вычисления диаметра капель в зоне, непосредственно примыкающей к мешалке, и для систем, Характеризующихся коагуляцией.

Вестертерп [230] связывает удельную межфазную поверхность с объемом газа в жидкости с помощью следующих формул: Для турбинных мешалок

ПН , . , / D V/2

(III-118)

Для лопастных мешалок АН

, ч J / D v/a (D ^l/з — = (n~nQ)d (jc — J f^—J (III-119)

1 —Ф

Где H — высота жидкости в аппарате с мешалкой; п0 — минимальное число оборотов мешалки, при котором перемешивание начинает влиять на дисперсию газа в аппарате. Этот параметр выражается формулой:

-‘-(тПЖт)] <™

Где А и В — постоянные, зависящие от типа мешалки. Для турбин­ных мешалок А = 1,22 и В = 1,25. Для лопастных мешалок А = = 2,25 и В = 0,68.

Кафаров и Бабанов [91 ] проводили исследования на различных системах жидкость—жидкость с турбинными и пропеллерными ме­шалками, используя для измерений седиментационный метод [9 ]. Авторы обобщили результаты своих исследований в форме зависи­мости

Cid = C We«>5 Re°>i®r (II1-121)

В критериях Вебера и Рейнольдса, входящих в уравнение (II1-121), используются физические параметры смеси ут и r]m

Wc П— т . Яе=**2Ут

Чт

Причем вязкость смеси рассчитывалась по зависимости

Постоянная С имеет следующие значения: для турбинных мешалок € прямыми лопатками при Z = 6 С = 25,9,. при Z — 2 С = 18,85; для турбинных мешалок с лопатками, установленными под углом 45° к плоскости вращения мешалки, при Z = 2 С = 13,65; для пропеллер­ных мешалок при Z — 3 С = 13,85.

Влияние геометрических параметров аппарата с мешалкой на межфазную поверхность и диаметр капель не должно включаться в зависимости, содержащие выражение N/V, в котором это влияние уже учтено. В зависимостях же, содержащих критерий Вебера, ука­занное влияние должно найти отражение. Это подтверждают резуль­таты исследований Кафарова и Бабанова [91 ], согласно которым число лопаток мешалки оказывает решающее влияние па величину межфазной поверхности. Однако Бейтс [208] и Вандервеен [215] пе установили, например, влияния ширины лопатки мешалки (т. е. одного из основных параметров мешалки) па диаметр капель, но эти проблемы требуют еще дальнейших исследований для окончатель­ного их выяснения.