Размер газовых пузырей при барботаже

Диаметр пузырей, образующихся у среза отверстия барботера при малой скорости вдува (истечения) может быть определен из условия равновесия выталкивающей (Архимедовой) силы и сил поверхностного натяжения (рис.13):

(pd³/6)* Dr *g = pd*s,

где d_п - диаметр пузыря; d_о - диаметр отверстия; Dr =r_ж - r_г - разность плотностей;

s - поверхностное натяжение жидкости.

Считая Dr =r_ж, получим т.е. величина d_п пропорциональна корню кубическому из диаметра отверстия и не зависит от величины расхода газа.

В расчетах часто используется величина объема газового пузыря:

V_п=p d_о·s/r_ж·g, и как характеристика системы используется отношение V_п/ d_о (V_п/ d_о=p·s/r_ж·g). Для системы воздух-вода при t=20 ⁰С V_п/ d_о=0,23.

Данные соотношения имеют силу для скорости вдува менее 0,5 см/с, пока пузырь, образующийся у среза отверстия, имеет шарообразную форму.

При дальнейшем увеличении скорости истечения воздуха из отверстия барботера в балансе действующих сил становится значимой инерционная составляющая и форма образующихся пузырей отклоняется от шарообразной еще до отрыва пузыря. Диаметр пузырей становится меньше и для его расчета предлагается соотношение: .

При увеличении v_ист до некоторого критического значения v_кр - критической скорости, отдельные пузыри сливаются в струю и наступает струйный режим барботажа. При барботаже воздуха в воде: v_кр=13-17 м/с при d_о=1 мм и v_кр=1,5-2,8 м/с при d_о=4-7мм.

Трение газа о жидкость вызывает турбулизацию струи и разрушение ее на высоте 30-100 мм от барботера на отдельные пузыри разной величины. Для определения размера пузыря существует эмпирическая зависимость:

d_п=1,45*G^0,7, где .

При отсутствии механического перемешивания и при числе Re_ист >10⁴ диаметр пузыря определяется соотношением

d_п=7*10^-3*Re^-0,05.

Часто используется формула Кольдербенка (и ее возможные вариации):

,

где e_м=N_гж/V_ж - диссипация мощности в объеме жидкости, находящейся в аппарате; y - газосодержание смеси. Но при использовании этой формулы необходимо учитывать ее применимость к условиям диспергирования в аппарате

При сближении отверстий на трубе барботера возможно слияние соседних струй, что нежелательно, т.к. ухудшает распределение газа по сечению аппарата и увеличивает размер пузырей. Поэтому для раздельного существования струй при скорости истечения газа из отверстий 20 м/с рекомендуется соблюдать расстояния между отверстиями не менее 25-30 мм для Æ=4-7 мм и не менее 12 мм для Æ=1мм. А с увеличением скорости газа на каждые 10 м/с расстояние между отверстиями увеличивать на величину Æ отверстия.

Не рекомендуется использовать отверстия малого диаметра (1 мм), т.к. это ведет к повышению гидравлического сопротивления, увеличению числа отверстий и уменьшению расстояний между ними. А т.к. даже из мелких отверстий образуются большие струи и пузыри, то это ведет к слиянию струй и отрицательным последствиям (уменьшение межфазной поверхности и т.д.).

Поэтому оптимальны отверстия Æ=3-5 мм при соблюдении рекомендуемых расстояний между ними.

При струйном режиме истечения газа диаметр пузыря не связан с диаметром отверстия и зависит в основном от скорости истечения v_ист. Поэтому, с целью увеличения межфазной поверхности, целесообразно увеличивать скорость истечения газа (в пределах допустимого DР) за счет уменьшения числа отверстий. 17

Дата добавления: 2014-01-14