Дослідження процесів зовнішнього масопереносу при адсорбції з розчинів у апараті з перемішуванням

Abstract

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.

A study has been mode of transport-controlled mass transfer-controlled to particles suspended in a stirred vessel. The motion of particle in a fluid was examined and a method of predicting relative velocities in terms of Kolmogoroff's theory of local isotropic turbulence for mass transfer was outlined. To provide a more concrete visualization of complex wave form of turbulence, the concepts of eddies, of eddy velocity, scale (or wave number) and energy spectrum, have proved convenient. Large scale motions of scale contain almost all of the energy and they are directly responsible for energy diffusion throughout the stirring vessel by kinetic and pressure energies. However, almost no energy is dissipated by the large-scale energy-containing eddies. A scale of motion less than is responsible for convective energy transfer to even smaller eddy sires. At still smaller eddy scales, close to a characteristic microscale, both viscous energy dissipation and convection are the rule. The last range of eddies has been termed the universal equilibrium range. It has been further divided into a low eddy size region, the viscous dissipation subrange, and a larger eddy size region, the inertial convection subrange. Measurements of energy spectrum in mixing vessel are shown that there is a range, where the so called -(5/3) power law is effective. Accordingly, the theory of local isotropy of Kolmogoroff can be applied because existence of the internal subrange. As the integrated value of local energy dissipation rate agrees with the power per unit mass of liquid from the impeller, almost all energy from the impeller is viscous dissipated in eddies of microscale. The correlation for mass transfer to particles suspended in a stirred vessel is recommended. The results of experimental study are approximately 12 % above the predicted values.