相际传质面积与液滴平均直径的关系

在转盘塔内,一相以液滴形式分散在另一相中。单位体积混合液体所具有的相际传质面积a(比表面)取决于液滴平均直径dp(m)和分散相滞留率φD,其间有如下关系

塔径和操作条件确定之后,操作条件下的分散相滞留率φD可用图解法(图5-8)获得,也可以用试差法由式(5-4)求取。

图5-8　式(5-4)计算图

液滴平均直径通常用“体积-表面积”直径表示,其定义为

比表面与dp成反比,液滴尺寸愈小,相际接触面积愈大,传质速率愈高。此外,当两相表观速度给定时,分散相滞留率也与液滴尺寸有关。dp愈小,特性速度愈小,滞留率φD愈大。由此可见液滴尺寸对传质速率的重要影响。针对这一重要参数已进行了大量研究工作。通常采用摄影法记录液滴直径,然后求其平均直径。文献[9]给出了一些计算液滴直径的关联式,可供设计参考。然而应该注意的是,这些计算液滴平均直径的关联式大都是从有限的实验数据总结出来的,它们只能在一些特定的条件下应用。由于实验技术方面的困难,各种计算公式所求得的结果往往差别较大。因此,对设计计算比较实用的方法还有从液滴的自由沉降速度来计算相应的液滴平均直径。

Kleet和Treybal的研究表明:液滴的自由沉降速度随液滴直径的变化可分为两个区域。在区域Ⅰ,沉降速度随液滴直径的增大而增大;在区域Ⅱ,随着液滴直径的增大,沉降速度基本不变。他们给出的计算式为:

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从上面两式中消去沉降速度ut,可得临界液滴平均直径:

上述三式中,ut为沉降速度,m/s;ρC为连续相液体密度,kg/m3;Δρ为两相液体密度差,kg/m3;μC为连续相液体黏度,Pa·s;σ为界面张力,N/m;dp为液滴直径,m。

在转盘塔内,考虑到垂直方向流动截面的收缩,通常认为最小截面处的液滴运动速度相当于沉降速度。截面收缩系数为:

液滴的沉降速度为

式中,uS为两相相对速度,m/s。

利用Kleet-Treybal方法从ut计算dp,应先判断液滴直径是否大于临界值。当ut＜utⅡ时,液滴平均直径小于临界值,可用式(5-18)计算dp。