автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях самопроизвольной межфазной конвекции

ф/

I

На правахрукописи

Степанов Владимир Александрович

Моделирование процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях самопроизвольной межфазной конвекции

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Ермаков Анатолий Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Давыдов Владимир Иванович

кандидат технических наук, доцент Югай Феликс Сергеевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие (УНИХИМ с опытным заводом), г.Екатеринбург

Защита состоится «31» мая 2005г. в/16а с о в на заседании диссертационного совета Д 212.285.09 в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью предприятия, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Автореферат разослан 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.х.н.

Б.Д. Васин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важной задачей химической технологии является интенсификация массообменных процессов (экстракция, ректификация, абсорбция и др.) Поэтому для снижения материало-энергозатрат и времени, отводимого на процесс можно успешно использовать самопроизвольную межфазную конвекцию (СМК), вызванную эффектом Марангони. Эффектом Марангони называют движение жидкости на поверхности раздела фаз, обусловленное градиентами межфазного натяжения, возникающих за счет градиентов концентраций или температур при массотеплопередаче. Особенностью межфазной конвекции является то, что СМК возникает и развивается без подвода энергии к системе. Физико-химические параметры, ответственные за возникновение СМК, воспроизводимы при существующих технологических режимах и могут варьироваться для изменения кинетики СМК под заданные условия производства.

Накоплено много материала по исследованию влияния физико-химических параметров экстракционных систем на условия возникновения и интенсивность СМК при массопередаче через плоскую и сферическую границу раздела фаз. В промышленных условиях массопередача, как правило, осуществляется через сферическую границу раздела фаз в гравитационных экстракторах в режиме стесненного движения капель. Исследования же массопередачи в условиях СМК через сферическую и плоскую межфазную поверхность показали идентичность физико-химических параметров, отвечающих за возникновение и развитие СМК.

На данный момент не существует модели массопередачи в режиме СМК с быстрой химической реакцией, применимой, как к плоской и сферической границе, так и к промышленным экстракторам, что является основным препятствием при внедрении явления СМК в технологические процессы. Особый интерес представляет нахождение модели отражающей влияние основных физико-химических факторов экстракционных систем на массопередачу с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

В литературе практически отсутствуют данные о закономерностях массопередачи с быстрой химической реакцией в режиме межфазной нестабильности в условиях стесненного движения группы капель. В этой связи важным является нахождение модели с минимумом эмпирически определяемых параметров, для

расчета закономерностей переноса вещества с быстрой химической реакцией в условиях СМК в экстракционных аппаратах.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом госбюджетной НИР №1336 «Разработка научных основ, способов интенсификации массообменных процессов и аппаратов».

Цель работы. Создание модели для расчета кинетики массопередачи с химической реакцией в условиях СМК. Разработка инженерной методики расчета экстракционных гравитационных колонн. Исследование закономерности массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в гравитационных экстракторах с учетом гидродинамики.

Задачи исследования.

1. Разработать математическую модель процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в режиме межфазной конвекции для плоской и сферической границы раздела фаз.

2. Разработать методики обработки экспериментальных данных, позволяющие выявить влияние определенного физико-химического параметра системы на процесс массопередачи в условиях СМК.

3. Исследовать адекватность полученной математической модели с экспериментальными данными.

4. На основе математической модели разработать инженерные методики для расчета технологических параметров гравитационных экстракторов, работающих в режиме СМК.

Методы выполнения работы. Работа выполнена с использованием современных компьютерных программ. Для проведения общих математических расчетов использована программа MathCad. Статистическая обработка проведена с использованием специальных компьютерных систем анализа данных -статистических пакетов NCSS (фирма «NCSS Statistical Software») и STATICTICA (фирма «StatSoft Inc»). Пакет NCSS применен для аппроксимации двухэкспоненциальной функцией экспериментальных данных и идентификации коэффициентов уравнения регрессии. Пакет STATICTICA использовали для графически- ориентированного подхода к анализу данных на этапах оценки

адекватности математической модели (визуальное оценивание параметров регрессионных кривых, оценка остатков на плоскости и др.).

Научная новизна.

1. Разработана полуэмпирическая модель для массопередачи с химической реакцией в условиях СМК через плоскую и сферическую границу раздела фаз. Определены эмпирические коэффициенты для ряда экстракционных систем, широко используемых в производстве.

2. На основе полученной модели, получены кинетические уравнения для расчета степени извлечения (насыщения) процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в режиме межфазной нестабильности через сферическую границу раздела фаз в режиме стесненного движения капель.

3. Получена математическая модель массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК с учетом влияния продольного перемешивания в гравитационных экстракторах.

4. На основе математической модели установлены новые закономерности массопередачи с быстрой химической реакцией при различных гидродинамических режимах и физико-химических параметрах экстракционных систем.

Практическая значимость. Получена полуэмпирическая модель, учитывающая влияние физико-химических параметров экстракционных систем на шссопередачу с быстрой химической реакцией в условиях СМК для плоской границы раздела фаз и периода «свободного» движения капли. Модель может быть использована при проведении научных экспериментов по изучению конвективной массопередачи через сферическую границу раздела фаз. Инженерная методика расчета технологических параметров может быть использована при проектировании процессов экстракции с химической реакцией в промышленных системах, протекающих в условиях СМК.

Реализация результатов. Полуэмпирическая модель массопередачи с химической реакцией в условиях СМК может применяться научными и проектными институтами для исследования режимов процессов экстракции с химической реакцией, с целью определения оптимальных параметров процесса.

Разработанная методика инженерного расчета промышленных экстракционных колонн, в которых процесс экстракции с химической реакцией

протекает в условиях СМК, принята для расчета при проектировании тарельчатых колонн проектным отделом института «СвердНИИхиммаш» г.Екатеринбург, Уральским научно-исследовательским институтом с опытным заводом «УНИХИМ 03» г.Екатеринбург.

Методика была апробирована при исследовании и проектировании процесса очистки 2,4 дихлорфенола на Государственном Унитарном Предприятии Опытный Завод Академии Наук Республики Башкортостан г. Уфа.

Автор выносит на защиту.

1. Полуэмпирическую модель кинетики массообмена с быстрой химической реакцией в условиях СМК через плоскую границу раздела фаз.

2. Полуэмпиририческую модель кинетики массообмена с быстрой химической реакцией в условиях СМК через сферическую границу раздела фаз в период свободного движения капли.

3. Уравнения для расчета профиля концентраций в колонных экстракторах при массопередаче с быстрой химической реакцией в условиях СМК при стесненном движении капель.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, были представлены на: Научно-практической конференции (г. Екатеринбург, 2003 г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых (г. Новосибирск 2003г.); XIII Российской конференции по экстракции (г. Москва, 2004 г.); VIII Всероссийской конференции молодых ученых (г. Новосибирск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Диссертационная работа изложена на 179 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 27 таблиц. Список литературы содержит 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы, сформулированы цели исследования.

В первой главе «Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований в области массообмена в условиях самопроизвольной межфазной конвекции (СМК)» рассмотрены условия возникновения межфазной неустойчивости, представлены исследования в области массопередачи с химической реакцией в режиме межфазной нестабильности, описаны методы экспериментального обнаружения и исследования СМК, так же подробно изложены существующие математические модели и их применимость для описания процесса массопередачи в условиях СМК.

Во второй главе «Моделирование процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК через плоскую границу раздела фаз» подробно описаны экспериментальная установка, последовательность проведения эксперимента и методики обработки экспериментальных данных. Выбор экстракционных систем определялся широким диапазоном физико-химических свойств взаимодействующих фаз.

При изучении влияния физико-химических факторов на условия возникновения СМК и кинетику массопередачи в режиме СМК для характеристики процессов были выбраны ранее предложенные (Ермаковым А А. и др.) следующие параметры: коэффициент массопередачи в "диффузионном" режиме , коэффициент интенсивности СМК , критическая движущая сила и предельные начальные

концентрации и

Получена полуэмпирическая модель (1), описывающая зависимость коэффициента массопередачи от основных параметров системы:

К =

Ьг да СГ-С;

и,+112'дс' с0

. Ь2 да ц,+ц2 дС

~СГ:СГ^-Скр-КП) 0) ас с0

Экспериментально определен эмпирический коэффициент Ь:

Таблица 1.

Значения коэффициента Ь для исследованных систем

Система Значение Ь^ -10^

Гептан - Водный раствор гидроокиси натрия 1,00

Бензол - Водный раствор гидроокиси натрия 3,7

Дихлорэтан - Водный раствор гидроокиси натрия 5,5

С помощью полученной полуэмперической модели исследовано влияние основных физико-химических параметров (вязкости, поверхностной активности,

начальной концентрации переносимого вещества) широкого ряда систем:

Таблица 2.

Исследованные системы

Фаза 1 Фаза 2 Переносимое вещество

Бензол Водный раствор NaOH 2 кмоль/м3 Масляная кислота, пропионовая кислота, уксусная кислота

Гептан Водный раствор NaOH 2 кмоль/м3 Масляная кислота, пропионовая кислота, уксусная кислота

Дихлорэтан Водный раствор NaOH 2 кмоль/м3 Масляная кислота, пропионовая кислота, уксусная кислота

При моделировании влияния вязкости принимающей фазы на кинетику массопередачи в условиях СМК с быстрой химической реакцией, оказалось, что с ростом вязкости уменьшается интенсивность массопередачи и как следствие -уменьшение коэффициента массопередачи.

Исследование влияния начальной концентрации переносимого вещества на кинетику массопередачи с химической реакцией отражено на рис 1. Модель показала увеличение интенсивности процесса массопередачи при уменьшении начальной концентрации переносимого вещества.

После моделирования процесса массопередачи с химической реакцией в условиях СМК с изменением поверхностной активности переносимого вещества, обнаружено снижение интенсивности с уменьшением поверхностной активности, что хорошо согласуется с физическими представлениями эффекта Марангони

Рис 1. Влияние начальной концентрации переносимого вещества на коэффициент массопередачи в системе «гептан + масляная кислота - водный раствор щелочи».

1 - система масляная кислота (0,95 кмоль/ м3) + гептан - водный раствор щелочи;

2 - система масляная кислота (1,47 кмоль/ м3) + гептан - водный раствор щелочи;

3 - система масляная кислота (1,97 кмоль/ м3) + гептан - водный раствор щелочи;

Доказана применимость разработанной модели для нахождения коэффициента массопередачи в условиях СМК для различных систем с меняющимися физико-химическими параметрами на плоской границе раздела фаз. На рис 2 представлены графики зависимости коэффициента массопередачи от движущей силы рассчитанные с помощью предложенной модели и рассчитанные экспериментально

Рис 2 Зависимость теоретического и экспериментального коэффициента массопередачи от движущей силы процесса в системах с различной начальной концентрацией переносимого вещества

1 - система масляная кислота (0,95 кмоль/ м ) + гептан - водный раствор щелочи,

2 - система масляная кислота (1,47 кмоль/ м ) + гептан - водный раствор щелочи,

3 - система масляная кислота (1,97 кмоль/ м ) + гептан - водный раствор щелочи,

Пунктирная линия - значения коэффициента массопередачи рассчитанные по уравнению (1)

Третья глава «Моделирование процесса массопередачи с быстрой химической реакцией вусловияхСМКчерез сферическую границу раздела фаз»

Выбор экстракционных систем для исследования массопередачи через сферическую границу раздела фаз определялся широким диапазоном физико-химических свойств взаимодействующих фаз. Исследуемые в диссертационной работе системы широко применяются в промышленной и лабораторной практике:

Таблица 3.

Список исследованных систем

Дисперсная фаза Сплошная фаза

Четыреххлористый углерод + масляная кислота 0,3 кмоль/м3 Водный раствор №ОН 2 кмоль/м3

Четыреххлористый углерод + масляная кислота 0,5 кмоль/м3 Водный раствор №ОН 2 кмоль/м3

Четыреххлористый углерод + масляная кислота 1,0 кмоль/м3 Водный раствор №ОН 2 кмоль/м3

Четыреххлористый углерод + пропионовая кислота 0,5 кмоль/м3 Водный раствор №ОН 2 кмоль/м3

Четыреххлористый углерод + уксусная кислота 0,5 кмоль/м3 Водный раствор №ОН 2 кмоль/м3

В главе представлено обоснование «диффузионной» области протекания процесса, сделан выбор оптимальной высоты колонны и времени каплеобразования. Подробно описаны методы изменения физико-химических параметров экстракционных систем.

Для процесса массопередачи с химической реакцией через сферическую границу раздела фаз была получена полуэмпирическая модель отражающая зависимость коэффициента массопередачи от основных параметров системы, на основе уравнения (1):

к. Ь1 да СГ-СГ

ц,+иа ЭС

Бс'"2 .Це.АС-(-£~~-СГ "СГ -Зс""2 -Яе-АСКР -Кв) (2)

(1,+и2 ас

Изучено влияние начальной концентрации переносимого вещества (Со) при моделировании процесса на кинетику протекания массопередачи в условиях СМК. Установлено, что при массопередаче с быстрой химической реакцией в условиях СМК наблюдается увеличение интенсивности протекания процесса при уменьшении начальной концентрации, что согласуется с моделированием кинетики массопередачи через плоскую границу раздела фаз, проведенное во второй главе.

При моделировании влияния параметров вязкости и поверхностной активности, обнаружены те же закономерности, что и при моделировании кинетики массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

Полученные на основе расчетов значения коэффициента массопередачи хорошо согласуются с экспериментальными данными (рис. 3).

К, м/с

4401-4] 38401-4] 36401-4) 34401-4) 32401-4)

2.84014) 2.5401-4] 24401-4) 22401-4) 2401-4) 18401-4) 16401-4) 14401-4) 1ЭТ01-4) 1401-4) 8401-5) 6401-5) 4401-5) 2401-6)

О&>0О°О0"0

т

002 0 04 0 08 0 08 01 0 1 2014016018 0 2 0 22 0 24 0 28 0 28 0 3 032 0 34 0 3Б 0 38 0.Т

С, кмоль/м

Рис 3. Влияние поверхностной активности переносимого вещества на коэффициент массопередачи в системе «четыреххлористый углерод + масляная кислота - водный

раствор щелочи».

1 - система масляная кислота (0,5 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод - водный

раствор щелочи;

2 - система пропионовая кислота (0,5 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод -водный раствор щелочи;

3 - система уксусная кислота (0,5 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод - водный

раствор щелочи;

Пунктирная линия - значения коэффициента массопередачи рассчитанные по уравнению (2).

Четвертая глава «Моделирование процесса массопередачи с быстрой химическойреакцией вусловиях СМКв колонныхжстракторах».

Изучено влияние СМК на интенсивность массопередачи в распылительной и тарельчатой экстракционных колоннах. Доказано существование межфазной конвекции в условиях стесненного движения капель. Показано, что как и в опытах на одиночной капле, в колонных экстракторах, СМК интенсифицирует процесс переноса вещества.

Результаты экспериментов показали, что закономерности массопередачи, выявленные ранее в опытах на одиночной капле, сохраняются и в условиях стесненного движения группы капель.

На основе полуэмпирической модели для сферической границы получены системы уравнений, описывающие профиль концентрации для тарельчатой и распылительной колонны.

Для описания процесса экстракции в колонном аппарате использовалась ячеечная модель с учетом продольного перемешивания. Условия квантования на ячейки принимаются одинаковыми для обеих фаз.

Для тарельчатой и распылительной колонны получена система уравнений следующего вида:

К"смк - коэффициент интенсивности СМК для М-ой ячкйки. с™* — с™ |

—-— ' ■ Бс'"2 • Яе - для тарельчатой колонны (4)

„м _ 3,42 МО"6 да

Х- смк---—

ц, +|12 ЗС

„ы _ 3,42*10"* За ("С-С") л смк----— •-

ц, +ц2 дС

- для распылительной колонны

(5)

Изучено влияние концентрации переносимого вещества на величину единицы переноса (ВЕП), используемую традиционно для оценки эффективности экстракционной колонны рис 4.

Рис 4. Зависимость высоты единиц переноса от начальной концентрации в тарельчатой колонне при массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

Установлено, что протекание процесса массопередачи в условиях СМК значительно снижает высоту аппарата (ВЕП). Это объясняется тем, что на долю массопередачи в режиме межфазной нестабильности приходится от 30 % до 70 % количества переносимого вещества, что и приводит к значительному уменьшению высоты колонны.

При использовании явления СМК резко изменяется степень извлечения переносимого вещества на каждой тарелке колонны, что приводит к повышению эффективности технологических процессов.

При моделировании процесса массопередачи с химической реакцией в условиях СМК в колонных экстракторах исследовано влияние эффекта продольного перемешивания. Обнаружено, что увеличение коэффициента продольного перемешивания значительно снижает интенсивность процесса (рис. 5) и как следствие увеличивается ВЕП.

Рис 5. Распределение концентрации переносимого компонента по тарельчатой колонне в

зависимости от степени продольного перемешивания. система масляная кислота (1 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод - водный раствор

щелочи;

Полученные теоретические профили концентраций для тарельчатой (рис. 6) и распылительной (рис. 7) колонны в зависимости от начальной концентрации переносимого вещества, показали хорошую сходимость с экспериментально полученными профилями концентраций.

С, кмоль/м3

Ч 05 1 1 5 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 3 95 10*

N

Рис. 6 Распределение концентрации переносимого компонента по тарелкам колонны, система масляная кислота (1 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод - водный раствор

щелочи;

Пунктирная линия - значения концентрации переносимого компонента в отдающей фазе рассчитанные по уравнению (3,4).

С, кмоль/м3

Ч 0.03 006 0 09 0 12 0.15 018 0 21 024 127 <13 033 08 Ой 042 0 45 0 48 0 51 054 057 Об"

Н, м

Рис. 7 Распределение концентрации переносимого компонента по высоте распылительной колонны, система масляная кислота (1,0 кмоль/ м3) + четыреххлористый углерод - водный

раствор щелочи;

Пунктирная линия - значения концентрации переносимого компонента в отдающей фазе рассчитанные по уравнению (3,5).

Пятая глава «Моделирование процесса массопередачи при очистке технического дихлорфенола в тарельчатой колонне на основе промышленного производства аминной соли 2,4 - дихлорфеноксиуксусной кислоты».

Целью моделирования стало нахождение конечной концентрации 2,6 -дихлорфенола на выходе из колонны при различных исходных данных. Для проверки соответствия модели с был взят материальный баланс промышленной колонны с X -образными насадками при экстракции хлорфенолов из перхлорэтилена. Расчет профиля концентраций по высоте колонны производился на основе системы уравнений (3)

Таблица 4

Непрерывная экстракция 2,6—дихлорфенола из перхлорэтиленового раствора хлорфенолов.

№ Загружено Получено Конечная Конечная Абсолютная

Изомерный состав ХФ Скорость Раствор ЫаОН Изомерный состав ХФ опытная расчетная Погрешность

массовые % % подачи массовые % % концентрация концентра %

2,4 2,6 2,4,6 орто л/ч Конц Скорость 2,4 2,6 2,4,6 орто 2,4,6 ТХФ ция 2,4,6

ДХФ ДХФ ТХФ ХФ % подачи ДХФ ДХФ ТХФ ХФ кмоль/л ТХФ

л/ч кмоль/л

1 91,95 2,09 5,69 0,27 10,35 293 10 17 95,06 1,24 3,27 0,44 8,7 0,024 0,019 26

2 96,73 1,6 1,27 0,4 6,14 300 23 10 95,8 1,23 2,52 0,47 5,8 0,016 0,013 23

ВЫВОДЫ

1. Различными методами (визуальными, кинетическими, методом «сильных ПАВ») доказано существование СМК при массопередаче с быстрой химической реакцией через плоскую и сферическую границу раздела фаз. Идентифицированы режимы межфазной нестабильности при массопередаче с быстрой химической реакцией.

2. Разработана методика обработки экспериментальных данных, для плоской и сферической границы раздела фаз. Получены регрессионные уравнения, позволяющие количественно оценить изменение начальной концентрации переносимого вещества от времени контакта фаз.

3. Получена полуэмпирическая модель, описывающая зависимость коэффициента массопередачи от основных физико-химических параметров системы при массопередче с быстрой химической реакцией в условиях СМК для плоской и сферической границы раздела фаз. Определены эмпирические коэффициенты, для ряда систем.

4. Полуэмпирическая модель применима для описания реальных процессов массопередчи с быстрой химической реакцией в условиях СМК. Абсолютная погрешность теоретически рассчитанных значений коэффициентов массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК по сравнению с эмпирическими не превышала 10%.

5. С помощью предложенной полуэмпирической модели исследовано влияние основных физико-химических параметров широкого ряда систем на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК. Установлено, что полученная полуэмпирическая модель позволяет получить кинетические зависимости по массопередаче с быстрой химической реакцией в условиях СМК при изменении физико-химических параметров системы.

6. Доказано существование межфазной конвекции в условиях стесненного движения капель. Проведено исследование закономерностей массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в колонных экстракторах.

7. На основе модели для сферической границы получены уравнения для расчета профиля концентрации для распылительной и тарельчатой колонны с учетом

явления продольного перемешивания. Установлено, что полученная полуэмпирическая модель позволяет получить кинетические зависимости по массопередаче с быстрой химической реакцией в условиях СМК при стесненном движении капель.

8. Модель учитывает влияние гидродинамического режима и влияние физико-химических параметров экстракционных систем на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в гравитационных экстракторах.

9. При моделировании установлено, что увеличение продольного перемешивания негативно сказывается на интенсивности процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

10. Проведена работа по моделированию массообмена в режиме СМК при очистке тетрахлорэтилена от примесей технического дихлорфенола на Государственном Унитарном Предприятии Опытный Завод Академии Наук Республики Башкортостан г. Уфа. Установлено, что разработанная полуэмпирическая модель и системы уравнений на ее основе пригодны для моделирования экстракционных процессов с масопередачей, сопровождающейся самопроизвольной межфазной конвекцией.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

Буквенные обозначения:

с - движущая сила процесса, кмоль/м3;

Скр - критическая движущая сила, кмоль/м3;

Со - начальная концентрация переносимого вещества, кмоль/м3;

с© - текущая концентрация переносимого вещества, кмоль/м3;

Б - коэффициент молекулярной диффузии, м2/с;

ё - диаметр, м;

^ипли -диаметр капли, м;

руд - удельная поверхность контакта фаз в гравитационных экстракторах, м2/м3; Рсв - площадь поперечного сечения колонны, м2;

Г- коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания;

0 - расход дисперсной фазы, м3/с; Н - высота колонны, м;

К - коэффициент массопередачи, м/с;

Кц - коэффициент массопередачи в «диффузионно-конвективном» режиме, м/с; Кен, - коэффициент интенсивности, характеризующий интенсивность массопередачи в режиме СМК, м4/кмоль-с;

1 - время процесса, с; 8с - критерий Шмидта Яе - критерий Рейнольдса

- критическая концентрация максимальная

ГУ МШ

- критическая концентрация минимальная

N - порядковый номер ячейки (номер тарелки в колонне)

- поверхностная активность переносимого вещества,

- динамическая вязкость отдающей фазы, ;

- динамическая вязкость принимающей фазы, ;

- плотность отдающей фазы, кг/м3;

- плотность принимающей фазы, кг/м ; Буквенные аббревиатуры:

ВЕП - высота единицы переноса; ХФ - хлорфенолы;

СМК - самопроизвольная межфазная конвекция;

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Влияние вязкости отдающей и принимающей фазы на интенсивность массопередачи в режиме межфазной нестабильности / Ермаков АА, Ермаков СА, Лаврова Л.Ю., Степанов ВА, Комолова И.В. // Тез. докл. Научно-практической конференции «Теория и практика электрохимических технологий. Современное состояние и перспективы развития». Екатеринбург, 2003. - С. 27.

2. Влияние концентрации переносимого вещества на интенсивность массопередачи в условиях самопроизвольной межфазной конвекции/ Ермаков А.А., Ермаков СА, Лаврова Л.Ю., Степанов ВА, Комолова И.В. // Тез. докл. Научно-практической конференции «Теория и практика электрохимических технологий. Современное состояние и перспективы развития». Екатеринбург, 2003. - С. 28.

3. Исследование структурообразований при массопередаче в условиях самопроизвольной межфазной конвекции визуальным методом / Ермаков С.А., Степанов В.А. // Тез. докл. Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации». Новосибирск, 2003. - С. 159-160.

4. Влияние физико-химических параметров на кинетические закономерности массообмена в условиях самопроизвольной межфазной конвекции / Ермаков А.А., Ермаков СА, Степанов ВА // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. - № 14. -С. 64-74.

5. Влияние гидродинамических и физико-химических параметров на массообмен в условиях самопроизвольной межфазной конвекции / Ермаков А.А., Ермаков С.А., Степанов ВА. // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. - № 14. - С. 75 - 79.

6. Кинетика массообмена с химической реакцией в условиях самопроизвольной межфазной конвекции при изменении вязкости взаимодействующих фаз / Ермаков АА, Ермаков СА, Степанов ВАЮ Лаврова Л.Ю. // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. - № 14. - С. 80 - 87.

7. Моделирование процесса массопередачи с химической реакцией в условиях самопроизвольной межфазной конвекции / Ермаков А.А., Ермаков СА, Степанов ВА // XIII Российская конференция по экстракции. - М, 2004. - С.171.

8. Влияние концентрации связующего реагента на соотношение фазовых сопротивлений при экстракции с химической реакцией в режиме межфазной

нестабильности / Ермаков А.А., Ермаков С.А., Степанов В.А. // Тез. докл. XIII Российской конференции по экстракции. М., 2004. - С.194.

9. Моделирование процесса массопередачи с химической реакцией в условиях самопроизвольной межфазной конвекции на сферической границе раздела фаз / Ермаков А.А., Ермаков С.А., Степанов В.А // Тез. докл. VIII Всероссийской конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики.». Новосибирск, 2004. - С. 15.

10. Влияние смены фазовых сопротивлений на кинетику массопередачи с химической реакцией через сферическую границу раздела фаз в режиме межфазной нестабильности / Ермаков А.А., Ермаков С.А., Степанов В.А // Журнал прикладной химии. - Л., 2004. -Т.77. - №11. - С. 1847-1852.

11. Влияние изменения фазовых сопротивлений на условия возникновения и интенсивность самопроизвольной межфазной конвекции / Ермаков А.А., Ермаков С.А., Степанов В.А // Химическая технология. - М, 2005. - №2. - С. 31-35.

Подписано в печать 26.04'.2005 Формат 60x84 1/16 ^äyipr? ПИСЧая

Офсетная печать Тираж 100 ~ fЗакЬ^Ъ. 12

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ \ Л^г»

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19

о 9 июн 2005

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МАССООБМЕНА.

В УСЛОВИЯХ САМОПРОИЗВОЛЬНОЙ МЕЖФАЗНОЙ КОНВЕКЦИИ (СМК).

1.1. Условия возникновения межфазной неустойчивости.

1.2 Массообмен в условиях СМК.

1.3. Экспериментальные методы обнаружения и исследования СМК.21 •

1.4. Существующие математические модели и их применимость для описания процесса массопередачи в условиях СМК.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ С БЫСТРОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ В УСЛОВИЯХ СМК ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ФАЗ.

2.1.1. Выбор объектов исследования.

2.1.2. Методика проведения эксперимента на плоской границе раздела фаз.

2.1.3. Методика обработки экспериментальных данных и обнаружения СМК при массопередаче с химической реакцией через плоскую границу раздела фаз.

2.1.4. Выбор определяющих параметров массопередачи с химической реакцией. в условиях СМК.

2.2. Моделирование процесса экстракции с быстрой химической реакцией в условиях СМК через плоскую границу раздела фаз.

2.2.1. Разработка математической модели и определение эмпирического коэффициента в.51 •

2.2.2. Расчет процесса массопередачи с химической реакцией в условиях СМК при изменении физико-химических параметров системы.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ С БЫСТРОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ В УСЛОВИЯХ СМК ЧЕРЕЗ СФЕРИЧЕСКУЮ ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ФАЗ.

3.1. Экспериментальная и методическая часть.;.

3.1.1. Выбор объектов исследования.

3.1.2.Методика проведения эксперимента на сферической границе раздела фаз.

3.1.3. Методика обработки экспериментальных данных и обнаружения СМК при массопередаче с химической реакцией через сферическую границу раздела фаз.78,

3.1.4. Выбор области протекания процессов в условиях СМК. Высоты колонны и времени каплеобразования.

3.2. Моделирование процесса экстракции с быстрой химической реакцией в условиях СМК через сферическую границу раздела фаз.

3.2.1. Разработка математической модели и определение эмпирического коэффициента в.

3.2.2. Расчет процесса массопередачи с химической реакцией в условиях СМК через сферическую границу раздела фаз при изменении физико-химических параметров системы.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ С БЫСТРОЙ

ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИЕЙ В УСЛОВИЯХ СМК В КОЛОННЫХ ЭКСТРАКТОРАХ

4.1. Закономерности массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в распылительной колонне.

4.1.1. Методика исследования массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в распылительной колонне.

4.1.2. Методика обработки эксперимента по изучению массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в распылительной колонне.

4.2. Закономерности массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в тарельчатой колонне.

4.2.1. Методика исследования массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в тарельчатой колонне.

4.2.2. Методика обработки эксперимента по изучению массопередачи с быстрой химической реакцией в режиме межфазной нестабильности в тарельчатой колонне

4.3. Постановка задачи и вывод модели для тарельчатой колонны.

4.4. Постановка задачи и вывод модели для распылительной колонны.

4.5. Исследование влияния физико-химических параметров экстракционной системы и гидродинамической обстановки на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК при стесненном движении группы капель.

4.6. Выводы.

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕДАЧИ ПРИ ОЧИСТКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО 2,4-ДИХЛОРФЕНОЛА В ТАРЕЛЬЧАТОЙ КОЛОННЕ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДЗСТВА АМИННОЙ СОЛИ.

2,4 - ДИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ.

5.1. Экстракция 2,6 - ди и 2,4,6 - трихлорфенолов из ПХЭ раствора хлофенолв в тарельчатой колонне.

5.2. X - образная струенаправленая насадка.152'

5.3. Исходные данные и моделирование процесса экстракции.

ВЫВОДЫ.ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА.

Эффектом Марангони называется движение жидкости вблизи поверхности раздела фаз системы «жидкость-жидкость», «жидкость-газ», вызванное градиентом межфазного натяжения, возникающего за счет градиентов концентрации, температуры, электрического заряда или других параметров, влияющих на величину межфазного натяжения. Такое движение жидкости происходит из-за силы, действующей в направлении большего межфазного натяжения.

В числе наиболее актуальных проблем химической технологии всегда стояли и будут ' стоять задачи по моделированию, интенсификации технологических процессов и повышению эффективности химических производств. В качестве одного из путей интенсификации процессов массообмена может быть использовано явление самопроизвольной межфазной конвекции СМК или эффекта Марангони. В случае массопередачи в системах жидкость — жидкость это явление сопровождается интенсивными движениями жидкости (пульсацией, волнообразованием и прочее) вблизи межфазной границы, способствующими быстрому обновлению поверхности и, как результат, значительному увеличению скорости массопередачи.

Для разработки рекомендаций промышленного применения явления СМК требуются систематические экспериментальные исследования по влиянию физико-химических . параметров на массопередачу с быстрой химической реакцией в режиме СМК. На данный момент отсутствуют математические модели, включающие все известные факторы, влияющие на возникновение и интенсивность СМК, что делает невозможным проектирование новых аппаратов и оптимизации работы существующих, в которых массопередача сопровождается СМК.

В литературе практически отсутствуют данные о закономерностях массопередачи с химической реакцией в режиме межфазной нестабильности в условиях стесненного движения группы капель, поэтому не менее важно выявить закономерности массообмена с химической реакцией в режиме межфазной нестабильности в экстракционных аппаратах, так как массопередача с химической реакцией широко применяется в технологических процессах многих отраслей промышленности, главным образом при разделении компонентов методом жидкостной экстракции.

Закономерности массопередачи еще более усложняются при наличии в системе химической реакции. Основным препятствием дальнейших исследований в этом направлении является отсутствие информации по влиянию физико-химических параметров экстракционных систем на условия возникновения межфазной нестабильности и интенсивности СМК при массопередаче с химической реакцией через сферическую и плоскую границы раздела фаз.

Цель работы состоит в нахождении модели массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК через плоскую, сферическую границу раздела фаз и в режиме стесненного движения капель.

Представленная диссертационная работа включает в себя 5 глав. В первой главе описано современное состояние исследований в области массопередачи в режиме межфазной неустойчивости в системе жидкость - жидкость. Отражены новейшие экспериментальные методы обнаружения СМК, рассмотрены условия ее возникновения, представлены последние исследования в области массопередачи с химической реакцией в режиме межфазной нестабильности, обсуждены существующие математические модели массопередачи в условиях СМК.

Во второй главе приведено обоснование методов и объектов исследования, подробно описаны методики обработки экспериментальных данных для массопередачи с быстрой химической реакцией протекающей в условиях СМК через плоскую границу раздела фаз. Представлена математическая модель, применимая для расчета коэффициента массопередачи в зависимости от основных физико-химических параметров системы.

В третьей главе так же приведено обоснование методов и объектов исследования, Представлена математическая модель для сферической границы раздела фаз, применимая для расчета коэффициента массопередачи в зависимости от основных физико-химических параметров системы.

В четвертой главе показано исследование влияния основных физико-химических факторов на процесс массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях стесненного движения капель. Предложены системы уравнений для расчета профиля концентрации по высоте экстракционных колонн (тарельчатой, распылительной). Изучено влияние СМК на эффективность работы аппаратов на примере распылительной и тарельчатой экстракционных колонн. Исследовано влияние эффекта продольного перемешивания на массопередачу с быстрой химической реакцией в условиях СМК в колонных экстракторах.

В пятой главе исследовалась применимость предложенной модели массообмена с быстрой химической реакцией в условиях межфазной конвекции в промышленных гравитационных экстракторах. Отражены результаты промышленного внедрения лабораторных исследований.

4.6. Выводы

1. Доказано существование самопроизвольной межфазной конвекции в условиях I стесненного движения капель. Как и в опытах на одиночной капле в колонных экстракторах СМК интенсифицирует процесс переноса вещества через сферическую границу раздела фаз. На примере работы распылительной и тарельчатой колонн был изучен массообмен с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

2. Установлено, что зависимости переноса вещества, выявленные ранее в опытах на одиночной капле, сохраняются и в условиях стесненного движения группы капель.

3. Разработаны системы уравнений, описывающие распределения концентрации переносимого вещества по высоте распылительной и тарельчатой колонны.

4. На основе полученной модели, рассчитано влияние как физико-химических, так и гидродинамических параметров на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в режиме стесненного движения группы капель.

5. Расчетным путем доказано, что использование явления самопроизвольной межфазной конвекции в процессах жидкостной экстракции - один из способов повышения , эффективности экстракционных колонн, значительно сокращающий высоту подобных аппаратов.

Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕДАЧИ ПРИ ОЧИСТКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО 2,4-ДИХЛОРФЕНОЛА В ТАРЕЛЬЧАТОЙ КОЛОННЕ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННОГО

ПРОИЗВОДЗСТВА АМИННОЙ СОЛИ 2,4 - ДИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ

5.1. Экстракция 2,6 - ди и 2,4,6 - трихлорфенолов из ПХЭ раствора хлофенолв в тарельчатой колонне

Выпускаемые УПО «Химпром» гербецидные препараты на основе 2,4-дихлорфенола являются ценным сырьем в фармацевтической промышленности и в производстве химических средств защиты растений. Для того чтобы препараты удовлетворяли мировому уровню, содержание в них 2,4-дихлофенола должно быть не мененее 98-99%. Вследствие этого на производство была внедрена новая технология экстракции примеси хлорфенолов из технического 2,4 дихлорфенола в тарельчатой колонне, работающей в режиме спонтанной межфазной конвекции.

В основе нового метода лежал принцип избирательности различных изомеров хлорфенолов при реакции со щелочью. Изомеры с более кислыми свойствами (2,6 - ДХФ, 2,4,6 - ТХФ) предпочтительнее, чем 2,4 -ДХФ реагируют со щелочью и переходят в водную фазу в виде фенолята натрия. Очищенный от изомеров 2,4 - ДХФ остается в растворенном виде в перхлорэтилене.

Экстракция 2,6 - ДХФ и 2,4,6 - ТХФ проводилась непрерывным способом в тарельчатой колонне выплненной из коррозионно-стойкой стали диаметром 150 мм и высотой 2000 мм с X - образными контактными насадочными элементами. Сплошная фаза -водный раствор гидроксида натрия, дисперсная - перхлорэтиленовый раствор. При экстракции проходят химические реакции следующего вида:

ONa NaOH н2о

ONa NaOH

Hp

Первоначально экстракционную колонну заполняли следующим образом: нижний расширитель колонны заполнялся перхлорэтиленом, остальной объем колонны заполнялся раствором ЫаОН так, чтобы в уравнемерном стекле расширителя был виден уровень раздела фаз. В верхнюю часть колонны подавали раствор хлорфенолов, в противоток ему в нижнюю часть подавали раствор гидроокиси натрия. Температура процесса 20-25 °С. Водный раствор №ОН, проходя по колонне, насыщается хлорфенолятами натрия и отводится в реактор для следующей стадии. I

5.2. X - образная струенаправленая насадка.

X - образная струенаправленая насадка состоит из рядов наклонных к друг другу пластин со щелями между ними (рис 5.1.). Причем пластины установлены таким образом, чтобы щели верхнего ряда располагались против щелей нижнего ряда на некотором растоянии друг от друга. В этом случае дисперсная фаза собирается в вершинах X — образных элементов (на рисунке показано диспергирование легкой фазы) и через щели истекает навстречу потоку сплошной фазы из верхнего элемента.

Рис 5.1. X - образная струенаправленная насадка.

За счет динамического взаимодействия струй проходит интенсивное дробление; дисперсной фазы, и как следствие, интенсивный массообмен. Затем капли попадают в область низких скоростей сплошной фазы и благоприятных услловий для отстаивания.

Наклонные плоскости, образованные пластинами, способствуют слиянию капель и движению их по направлению к щели, а так же препятствуют рециркуляции сплошной фазы. Так как высота пластин небольшая (80-150 мм) , то по высоте колонны можно разместить большое количество рядов. Это позволяет многократно повторять процессы диспергирования и коалесценции капель и интенсифицировать процесс экстракции. При I использовании X - образных насадок и небольших скоростях в колонне наблюдается очень слабое поперечное перемешивание потоков.

5.3. Исходные данные и моделирование процесса экстракции.

Целью моделирования стало нахождение конечной концентрации 2,6 -дихлорфенола на выходе из колонны при различных исходных данных. Для проверки соответствия модели с был взят материальный баланс промышленной колонны с X -образными насадками при экстракции хлорфенолов из перхлорэтилена. Расчет профиля концентраций по высоте колонны производился на основе системы уравнений (4.19). Результаты моделирования приведены в таблице 5.1. Ниже приведен пример расчета:

Исходные данные: диаметр колонны О = 0,15м высота колонны Н = 1,8 м

Диаметр капель с1кап — 0,002 м

Расход через колонну дисперсной фазы в = 293 л/ч

Степень задержки колонны А = 5%

Объем фазы в каплях от общего объема фазы в колонне 30% Число ячеек в колонне: 12

Расчет

Находим площадь поперечного сечения колонны: Б = ^ =0,0177 м2 4

Объем колонны составит V = Б • Н = 0,0318 м3

Объем фазы в каплях и на тарелках Уфа3ы = А • V = 0,00159 м3

Объем фазы в каплях Укап - 0,000477

Объем единичной капли Уед Кап= ^ ^ ^ ка" =4,187*10"9 м3 6

Поверхность единичной капли Ред капли = 1,26*10'5 м2 Число капель в колонне Я = Укап / Уед.кап= 113906 Поверхность контакта фаз в каплях Ркап = К.*Ред.Кап - 1,43 м2

Поверхность контакта фаз в ячейке: Р = = 0,119 м2

Дальнейший расчет осуществлялся на основе системе уравнений 4.15: Профиль концентрации 2,6 - дихлорфенола по тарелкам составил:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Различными методами (визуальными, кинетическими, методом «сильных ПАВ» доказано существование СМК при массопередаче с быстрой химической реакцией через плоскую и сферическую границу раздела фаз. Идентифицированы режимы межфазной нестабильности при массопередаче с быстрой химической реакцией.

2. Разработана методика обработки экспериментальных данных, для плоской и сферической границы раздела фаз. Получены регрессионные уравнения, позволяющие количественно оценить изменение начальной концентрации переносимого вещества от времени контакта фаз.

3. Получена полуэмпирическая модель, описывающая зависимость коэффициента массопередачи от основных физико-химических параметров системы при массопередчи с быстрой химической реакцией в условиях СМК для плоской и сферической границы раздела фаз. Определены эмпирические коэффициенты, для ряда систем.

4. Полуэмпирическая модель применима для описания реальных процессов массопередчи с быстрой химической реакцией в условиях СМК. Относительная погрешность теоретически рассчитанных значений коэффициентов массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК по сравнению с эмпирическими не превышала 10%.

5. С помощью предложенной полуэмпирической модели исследовано влияние основных физико-химических параметров широкого ряда систем на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК. Установлено, что полученная полуэмпирическая модель позволяет получить кинетические зависимости по массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК при изменении физико-химических параметров системы.

6. Доказано существование межфазной конвекции в условиях стесненного движения капель. Проведено исследование закономерностей массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в колонных экстракторах.

7. На основе модели для сферической границы получены уравнения для расчета профиля концентрации для распылительной и тарельчатой колонны с учетом явления продольного перемешивания. Установлено, что полученная полуэмпирическая модель позволяет получить кинетические зависимости по массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК при стесненном движении капель.

8. Модель учитывает влияние гидродинамического режима и влияние физико-химических параметров экстракционных систем на кинетику массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК в гравитационных экстракторах.

9. При моделировании установлено, что увеличение продольного перемешивания негативно сказывается на интенсивности процесса массопередачи с быстрой химической реакцией в условиях СМК.

10. Проведена работа по моделированию массообмена в режиме СМК при очистке I тетрахлорэтилена от примесей технического дихлорфенола на Государственном Унитарном Предприятии Опытный Завод Академии Наук Республики Башкортостан г. Уфа. Установлено, что разработанная полуэмпирическая модель и системы уравнений на ее основе пригодны для моделирования экстракционных процессов с масопередачей, сопровождающейся самопроизвольной межфазной конвекцией.

159

1. Sternling C.V., Scriven L.E. Interfacial turbulence : hydrodynamic instability and the Marangoni effect. // A.I.Ch.EJ.- 1959.-V.5.-P.514-523.

2. Островский M.B., Фрумии Г.Т., Кремнев Л.Я., Абрамзои А.А. Об условии возникновения самопроизвольной поверхностной конвекции при массопереносе // ЖПХ.- 1967-Т. 40.-№6.-С. 1319-1327.I

3. Scrensen T.S. Hennenberg М., Deformational instability of a plane interface with perpendicular linear and exponential concentration gradients // J.Coll. Int. Sci. 1977. V. 61. N1. P. 62-76

4. Orell A., Westwater J.W. Spontaneous interfacial cellular convection accompanying mass transfer: ethylene glycol acetic acid ethyl acetate // AIChE J - 1962.- V.8-№3 — P.350-356.

5. Marrsch B.D., Sceiher C.A., Heideggar W.J. Paper presented at 57th Annual Meeting of American Inst, of Chem. Eng., Philadelphia, 1965.

6. Dijkstrra H.A., van de Vooren A.I. Initial flow development due to Marangoni convection in a mass transfer system // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1985. V. 28. N 12. P. 2315-2322.

7. Radoev В., Dimitrov K. Dynamics of fluid interfaces kinetics of the initial stages of the Marangoni instability//Z. Phys. Chem. 1985. V. 266. N 5. P. 1016-1022.

8. Imaishi N., Fujinawa K., Theoretical study of the stability of two fluid layers // J. Chem. Eng. Jap. 1974. V 7. N 2. P 72-76

9. Imaishi N., Fujinawa K., Tadaki T. Effect of oscillatory instability on stability of two-fluid laurels // J.Chem.eng.Jap.- 1980,- V.13 №5,- P.360-365.

10. Reichenbach J., Linde H. Linear perturbation analysis of surface-tension driven convection at a plane interface (Marangoni instability) // J.Coll.Int.Sci.- 1981.- V.84.- №2.- P.433-443.

11. Френцель Г., Линде X. Линейный анализ неустойчивости Марангони в двухфазной системе с источником или стоком тепла на межфазной границе // ТОХТ. 1986. Т. 20. № 1.С. 28-36

12. Непомнящий А.А., Симановский Н.Г. Термокапилярная конвекция в двухслойных системах при наличии поверхностно-активного вещества на границе раздела // Изв. АН СССР, МЖГ. 1986. № 2. С. 3-8.

13. Lebon G., Clect A. Buyoancy and surface tension driven instabilities in presence of negative -Rayleigh and Marangoni numbers //Acta Mech. 1982. V. 43. N 3-4. P. 141-158.

14. Shah Y.T., Szeri A.Z. Marangoni instability in non-isothermal first order gas-liquid reactions-evaluations of СЬ toluene and CO2 - sodium hydroxide systems // Chem.Eng.Sci.- 1974.-V.29.-№11.-P.2219-2228.

15. Perez de Ortiz E.S., Sawistowski H. Stability analysis of liquid- liquid systems under conditions of simultaneous heat and mass transfer //Chem.Eng.Sci.- 1975 V.80 - №12 — P.1527-1528.1

16. Perez de Ortiz E.S., Thompson P.I. Interfacial stability analysis of the extraction of uranium by TBD // The paper presented at Summer School on Extraction. Toulouse, 1987.

17. Ruckenstein E., Berbente C. The occurrence of interfacial turbulence in the case of diffusion accompanied by chemical reaction // Chem. Eng. Sci. 1964. V. 19. N 5. P 329-348.

18. Funada Т., Sakata M. Marangoni instability due to chemical absorption with an irreversible reaction // J.Phys.Soc.Jap.- 1988,- V.57.-№2.- P.476-489.

19. Steinchen A., Sanfeld A. Chemical and hydrodynamic stability of an interface with .an autocatalitic reaction//Chem. Phys. 1973. V.l. P. 64-70.

20. Sorensen T.S., Heunenberg M., Steinchen A., Sanfeld A. Surface chemical and hydrodynamic stability // Progr. Coll. Polymer Sci. 1976. V.61. P. 64-70

21. Hennenberg М., Bisch P.M., Vignes-Adler М., Sanfeld A. Mass transfer, Marangoni effect and instability of interfacial longitudinal waves. II. Diffusional exchanges and adsoiption-desorption processes // J. Coll. Int. Sci. 1980. V. 74. N 2. P. 495-508.

22. Hennenberg M., Sanfeld A., Bisch P.M., Adsorption-desorption barrier, diffusional1exchanges and surface instabilities of longitudinal waves for apperiodic regimes // AIChE J. 1981. V. 27. N6. P. 1002-1008.

23. Шварц П., Вильке Г., Крылов B.C. Анализ гидродинамической устойчивости межфазной границы при наличии эффекта Марангони // ТОХТ. 1982. Т. 16. № 6. С. 777-783.

24. Gouda J. H., Joos P. Application of longitudinal waves theory to describe interfacial instability // Chem. Eng. Sci. 1975. V. 30. N 5-6. P. 521-528.

25. Levich V.G., Krylov V.S. Surface tension-driven phenomena // Annual Rev.Fluid Mech-1969.- V. 1.- P.293-314.

26. Веларде M., Кастилло Дж. Явления переноса и реакции, приводящие к межфазной неустойчивости // Гидродинамика межфазных поверхностей. М.: Мир, 1984. С. 157193.

27. Бродский С.С., Головин A.M. Термокапилярная конвекция в слое жидкости // ПМТФ. 1972. №2. С. 49-58.

28. Буевич Ю.А. К теории межфазной конвекции // ИФЖ. 1985. Т. 18. № 2. С. 230-238.

29. Муровцев А.Н., Рабинович JI.M., Слинько М.Г. Самоорганизованные конвективные структуры в химически реагирующей жидкости // Труды I Всесоюзн. симпозиума по макроскоп, кинетики и хим. гидродинамике. Алма-Ата, 1984. с 180-196.

30. Еленин Г.Г., Калачинская И.С. Соломатин C.B., Макеев А.Г. Параметрическое исследование конечномерных моделей межфазной неустойчивости // Инст. Прикл. Мат. АН СССР, Препринт № 104, 1987.

31. Но K.L., Chang Н.С. On nonlinear doubly-diffusive Marangoni instability // AIChE J. 1988. V. 34. N5. P. 705-722.

32. Whitaker S. Studies in the drop-weight method for surfactant solutions. Ill Drop Stability, the effect of surfactants on the stability of a column of liquid // J. Coll. Int. Sci. 1976. V. 54. N2. P. 218-230.

33. Pierson F. W., Whitaker S. Studies of drop-weight method for surfactant solutions // J. Coll. Int. Sci. 1976. V. 54. N 2. P. 203-218.

34. Deyhimi F., Sanfeld A. Instabilités chimique at hydrodynamique interfaciales // C.R.Acad Sci. Paris. Ser. D. 1974. V. 279. N 5. P. 437-440.

35. Sorensen T.S., Heunenberg M., Steinchen A., Sanfeld A. Chemical and hydrodynamic analysis of stability of a spherical interface // J.Coll.Int.Sci.- 1979 V.56-№2.-P.191-205.

36. Sorensen T.S., Heunenberg M. Instability of spherical drop with surface chemical reactions and transfer of surfactants // Lecture Notes in Physics.- № 105. Springer-Verlag.-Berlin-1979.-P. 276-315.

37. Sorensen T.S. Marangoni instability at a spherical interface // J.Chem.Soc.Farad.Trans. II-1980.- V.66.- №9.- P. 1170-1195.

38. Patzer J.F., Homay G. M. Global stability of transient drop extraction to Marangoni instabilities //Phys. Fluids. 1981. V. 24. N 4. P. 567-575.

39. Bakker C.A.P., von Buytenen P.M., Beck W.I. Interfacial phenomena and mass transfer // Chem.Eng.Schi- 1966.- V.21.- H. 11.- P. 1039-1046.

40. Островский M.B., Брунштейн H.3., Абрамзои A.A. О различных кинетических режимах растворения в двухкомпонентных системах жидкость-жидкость // ЖПХ. 1973. Т. 46. №7. С. 1503-1508.

41. Островский М.В., Фрумин Г.Т., Абрамзон А.А. О расчете ускорения массопереноса при спонтанной поверхностной конвекции и условий ее возникновения в экстракционном процессе // Изв. ВУЗов. Хим. и хим. технология. 1976. Т. 19. № 7 С. 1605-1612.I

42. Островский М.В. Изменение межфазного натяжения, спонтанная поверхностная конвекция и различные кинетические режимы массообмена // ТОХТ 1977 - Т. 11 .— №4.- С.522-530.

43. Островский М.В. Возникновение спонтанной поверхностной конвекции и изменение межфазного натяжения при многокомпонентной жидкостной экстракции с интенсивным перемешиванием // ЖПХ.- 1979 Т.52 - №3 - С.576-581.

44. Ермаков А.А., Головина И.Г., Коньшин Ю.А. Экспериментальное определение чисел Марангони при массопереносе в условиях межфазной нестабильности //ЖПХ-1988.-Т.61.-№5.-С. 1167-1169.

45. Spekuljak Z. A criterion to determine the occurrence of the Marangoni effect in a thin liquid ' film // Chem. Eng. Sci. 1987. V. 42. N 1. P. 163-166.

46. Коньшин Ю.А. Исследование влияния основных физико-химических параметров экстракционных систем на интенсивность самопроизвольной поверхностной конвекции: Дис. . канд.хим.наук. Уфа, 1985 - 214с.

47. Ермаков А.А. Интенсификация массообмена в условиях спонтанной межфазной конвекции при жидкостной экстракции: Дисс. . док.тех.наук. -М., 1991 .—372с

48. Поломарчук Н.И. Закономерности массообмена при лимитирующем сопротивлении сплошной фазы в условиях спонтанной межфазной конвекции в процессах жидкостной экстракции: Дисс. . канд.техн.наук.-Уфа, 1990.—170с

49. SherwoodT.K., Wei Y.C. Interfacial Phenomena in Liquid Extraction // Industrial and Engineering Chemistry.- 1957-V 49-№6,-P. 1030-1033.

50. P.Seto, W.F. Furter and A.I.Johrsor. Reaction Accompanied Mass Transfer Between Liquid Phases//T.G.J.Ch.Eng.- 1965.-V.43.-№6.-P.292.

51. Sorensen T.S., Castillo I.L. Spherical drop of cytoplasm with an effective surface tension influenced by oscillating enzymatic reactions // J.Coll.Int.Sci 1980 - V.76 - №2 - P.399-417.

52. Астарита Д. Массопередача с химической реакцией: Пер. с англ. — JI.: Химия, 1971.— 223с.

53. Франк-Каменский Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике —М.: Наука, 1967,-492с.

54. Фомин В.В. Кинетика экстракции М.: Атомиздат, 1978 - 120с

55. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г. А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах-JL: Химия, 1977.-280с.

56. Whitman W.G. Preliminary experimental confirmation of the two film theory of gas absorption//Chem.Met.Eng.- 1923.-B. 29.-S. 146-148.

57. Броунштейн Б.И., Железняк А.С. Физико-химические основы жидкостной экстракции.- М. JL: Химия, 1966.- 320с.

58. Жидкостная экстракция: Пер. с англ. / Под ред. А.Г. Касаткина М.: Госхимиздат, 1958.- 156 с.

59. Броунштейн Б.И., Железняк А.С./ В кн.: Процессы жидкостной экстракции.- JL: Гостоптехиздат, 1963.-С. 39-49.

60. Hatt S. Techn. Repts //Tokoku Japan Univ.- 1932.-№10.-P. 119-123.

61. ПозинM.E.//ЖПХ 1946,-T. 19.-№10-11.-C. 1201-1212.

62. Van Krevellen D. W., Hoftijzer P.S. // Rec. trav. chim.- 1948.- V.67.-№6- P.563-571.

63. Brian P.L.T., Harley J.F., Hasseltine E.H.A.I. // Ch. E. J.- 1961.- V 7.- №2,- P. 226-231

64. Кнорре Г.Ф. Топочные процессы.-JI.: Госэнергоиздат, 1959 396c.

65. Эйкен А. Курс химической физики: Пер. с нем./ Вып. 1- М.: Химия, 1935 228с.

66. Крылов B.C. В кн.: Жидкостная экстракция // Труды III Всесоюзного научно-технического совещания.- JL: Химия, 1969.—С.145-150.

67. Пряхина Т.П., Данилов В.А., Ермаков A.A. Экстракция в режиме поверхностной конвекции с быстрой химической реакцией // ЖПХ 1981.- Т.54.-№8.- С. 1768-1772.

68. Гидродинамика межфазных поверхностей / Сост. Ю.А.Буевич, Л.М.Рабинович.-М.:Мир, 1984.-210 с.

69. Ермаков С.А., Ермаков A.A., Чупахин О.Н. Массоперенос с химической реакцией в условиях спонтанной межфазной конвекции в процессах жидкостной экстракции // Хим.пром.- 1998.-№5.- С. 38-40.

70. Тарасов В.В., Чжон Дун Сян, Ларин Г.Г. Массопередача при периодических возмущениях межфазной границы системы жидкость жидкость // ТОХТ.- 2000— Т.34.-№2 - С.188-194.

71. Карпилова О.И., Сисоев Г.М., Шкадов В.Я. К задаче о неустойчивости стекающей пленки вязкой жидкости с растворенным поверхностно-активным веществом // Известия АН: Механика жидкости и газа.-2001.-№6 С.31-41.I

72. Братухин Ю.К., Макаров С.О. Межфазная конвекция. Пермь: ПГУ, 1994. - 328 с.

73. Маркеева М.Б., Сергеев Ю.А., Рязанцев Ю.С. Хемокапиллярное движение капли в растворе при совместном протекании диффузии и химической реакции на границе раздела фаз // ТОХТ.- 1995.- Т.29,- №5.- С.482-487.

74. Савистовский Г. Межфазные явления. Последние достижения в области жидкостной экстракции / Под ред. К. Хансона М.: Химия, 1974- С. 204-254.

75. Lewis J.B. Der Mehanismus der Massenübertradung von gelösten Steffen durch Grenzflüchen zwischen Flüssigkeiten. 3. Mitt. Der Übergang von Uranylnitrat zwischen . Lösungsmittel und mässerigen Phasen // Chem.Eng.Schi.- 1958.- V.8.- P.295-301.

76. Sigwart K., Nacsenstein H. Vorgänge an der Grenzfläcgenzweier Flüssige phasen // Naturwissenschaft.- 1955.-V. 42.-№ 16.-P 458-459.

77. Scriven E.L. Sternling C.V. The Marangoni effects // Nature.- 1960,- V. 187.- P. 186.

78. Кремнев Л.Я., Сквирский Л.Я., Островский M.B., Абрамзон А.А. О сопротивлении массопереносу в гетерогенной системе жидкость — жидкость // ЖПХ- 1965.- Т. 5.— № З.-С. 401-407.

79. Островский М.В., Фрумин Г.Т., Абрамзон А.А. О некоторых закономерностях самопроизвольной поверхностной конвекции при экстракции в системе жидкость — жидкость//ЖПХ.- 1968 -Т.41.-№ 4 — С.803-810.

80. Maroudas N.G. Sawistowski H Simultaneous transfer of two solutes across liquid-liquid interfaces//Chem. Eng.Schi.-1964-V.19.-№ 11,-P.919-931.

81. Orell A., Westwater J.W. Natural convection cells accompanying liquid-liquid extraction // Ghem.Eng.Sci 1961.- V.16.-№> 1/2.-P.127-136.

82. Линде Г., Шварц П. Об одной модели гидродинамической неустойчивости // ТОХТ.-1971.-Т.5.-№3 — С.401-407.

83. Linde H., Friese P. Experimenteller Nachwies einer neuen hydrodyriamischen Oberflâchenstabilitât // Z.Phys.Chem.- 1971.- B.247.- H.5-6.- S.225-232.

84. Васильев А.А. Теневые методы M.: Наука, 1968 - 145с.

85. Линде Г. Применение теневого метода определения оптической плотности к ■ исследованию процессов переноса вещества через поверхность раздела фаз // Коллоид.Журн I960.- Т.22.-№3.— С.323-333.

86. Nakaike V., Tadenuma V., Sato T., Fujinava К. Optical study of interfacial turbulence in a liquid- liquid system //Int.J.Heat.Mass.Transfer.- 1971.- V. 14-№12.-P. 1951-1961.

87. Thomas W.J., Nichol E. Mch. Interfacial turbulence accompanying absorption with reaction // Trans.Inst.Chem.Engrs.— 1969,-V.47.-№10.- P. 325-331.

88. Thomas W.J., Nichol E. Mch. An optical study of interfacial turbulence occurring during the absorption of CO2 into monoethanolamine // Chem.Eng.Sci.— 1967-V.22.-№12.-P.1877-1878.

89. Odekav A.J.M.A., Sawistowski H. Interferometrie study of gas absorption with chemical reaction // Chem.Eng.Sci.- 1971.- V.26.-№ 10,- P. 1772-1781.

90. Самохин С.П., Вайсов Д.В., Пожарская Г.И., Ермаков С.А., Ермаков A.A.' Исследование массопереноса в условиях межфазной конвекции методом корреляционной спектроскопии // ЖФХ.- 2000 Т.74.-№8 - С.1502-1505.

91. Кутепов A.M., Покусаев Б.Г., Казенин ДА., Карлов С.П., Вязьмин A.B. Экспериментальные исследования межфазного массопереноса в системе газ-жидкость оптическими методами //ТОХТ.- 2001.-Т.35.-№3- С.227-231.

92. Sawistowski Н., Coltz G.E. The effect of interface phenomena on mass-transfer rates in liquid-liquid extraction // Trans. Instn.Chem.Engrs 1963.- V.41.-№ 4- P. 174-181.1

93. Clark Michael W., King G.Judson. Evaporation rates of voltaic liquids in a laminar flow system // Am.Inst.Chem.Eng.J 1970.-V.16.-№ 1.- P. 64-75.

94. Maroudas N.G. Sawistowski H Simultaneous transfer of two solutes across liquid-liquid interfaces // Chem. Eng.Schi.- 1964,- V.19.-№ П.- P.919-931.

95. Sawistowski H., James B.R. Einfluf von Oberflächenenscheinungen auf die Stoffdurchgangszehlen bei der Flüssig Flüssig - Extraction // Chem.Ing.Techn- 1963-V.35.-№ 3 - P.175-179.

96. Островский M.B., Абрамзон A.A., Барсуков И.И. Влияние самопроизвольной . поверхностной конвекции на коэффициент массопереноса // Изв.ВУЗов СССР: Хим. и хим.технология.- 1973,- Т.41.-№6,- С.955-960.

97. Kroepelin Н., Neuman H.I. Eruptive exchange at plane interfaces // Naturwissenschaft-1957 V.44.-P.304-311.

98. Островский М.В., Абрамзон A.A., Калугина С.К. О расчете коэффициентов массопереноса в процессе жидкостной экстракции // ЖПХ- 1972.- Т.45- №3.- С.574-579.

99. Linde Н., Kretzsehman G, Beiträge zur Kennthis des Stoffanstausches an der flussig-flussig Phasengrenze // J.Pract.Chem.- 1962.-V.15.- Hf.3-4 P.288-302.

100. Абрамзон A.A., Зайченко JI.П., Файнгольд С.И. Поверхностно-активные вещества.— Л.: Химия, 1988-200с

101. Susin D.G., Smigelschi О., Ruckenstein Е. Some Experiments on the Marangoni effect //A.J.Ch.E.Journ — 1967.-V. 13.-№6.-P. 1120-1124.

102. Кремнев Л.Я., Сквирский Л.Я., Абрамзон A.A. Массоперенос через границу раздела жидкость жидкость в присутствии поверхностно-активных веществ // Процессы химической технологии. Наука — 1965 - С. 186-190.

103. Калугина С.К., Островский М.В., Абрамзон A.A. О различных кинетических режимах массопереноса в системах жидкость жидкость // ЖПХ.- 1973 — Т.66.— №6,-С. 1378-1381.

104. Linde Н., Thiesson D. Zum dynamischen Verhalted der fluiden Phasengrenze unter Stoffübergangsbedingungen // Z.Phys.Chem.- 1962,- В.221,- H.l/2 S.97-114.

105. Аксельрод Ю.В., Дильман В.В., Фурмер Ю.В. Межфазная турбулентность в вертикально стекающей пленке жидкости при хемосорбции // ТОХТ- 1971- Т.5.-№5.-С.676-683.

106. Островский М.В., Коньшин Ю.А., Ермаков A.A. Применение межфазного переноса! поверхностно-инактивного вещества для обнаружения и характеристики самопроизвольной поверхностной конвекции // ЖПХ.- 1978 Т.51- №3.- С.565- . 572.

107. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах // Л.: Химия, 1977. 230с.

108. Sawistowski H, Austin L.I. Stoffubergang zwissen flussigen phasen in einer Ruhrzelle // Chem. Ing. Techn. 1967. B. 39. H. 5/6. S. 224-231.

109. Linde H., Winkler K. Uber den nahweis und die Wirkung der hydrodynamishen stabilitat einerfluiden phasengrenze beim stoffubergang // Z. Phys. Chem. 1964.B. 225. H. 3/4. S. 223-233

110. Linde H., Winkler K. Uber den Einfluss der erzwungenen konvektion1 auf die hydrodinamische stabilitat der fluiden Phasengrenxe beim stoffubergang // Z. Phys. Chem. 1965.B. 230. H. 3/4. S. 207-220

111. Linde H., Tiessen D. Uber den Einfluss der hydrodynamischen Instabilität und Stabilitat der flussigen Phasengrense auf den Stoffubergang im System Wasser Bensol // Z. Phys. Chem. 1964. B. 227. H. 3/4 . S. 223-234.

112. Olander D.R. Reddi L.B. The effect of concentration driving force on liquid-liquid mass transfer // Chem. Eng. Sci. 1964. V. 19 N 1. P. 67-73.

113. Marr R., Moser F. Die Bestimmung von Stoffauschkoeffizienten und deren uberschlagige bestimmung beim Auftreten von Grenzflacheninstabilitaten // Chem. Ing. Techn. 1975. B. 47. H.14. S. 619.i

114. Fritz W., Grenflachen Instabilitäten und Geschwindigkeit beim Stoffdurchgang von Ammonium- tetrahodano kobaltat (II) zwischen Wasser und Methylisobutilketon // Chem. Ing. Techn. 1970. B. 42. H. 15. S. 1004-1009.

115. Takeuchi H., Numata Y. Effect of interfacial turbulence on liquid-liquid mass transfer // Int. Chem. Eng. 1977. V. 17. N 3. P. 468-474.

116. Peker S., Somden M., Atagunduz G. Effect of interfacial instabilitaties and hydrodynamic interaction on liquid-liquid mass transfer // Chem. Eng. Sci. 1980. V. 35. N 8. P. 16791686.

117. Ермаков А. А., Шатохин В. И. Влияние физико-химических свойств экстракционных систем на массоперенос, сопровождающийся межфазной , конвекцией на образующейся капле // ЖПХ. 1984. Т. 57. № 10. С. 2244-2247.

118. Островский М.В., Калугина С.К., Абрамзон A.A. Влияние принудительной и естественной конвекции на скорость массопереноса в системе жидкость-жидкость // ТОХТ. 1973. Т. 7. № 3. С. 344-352.

119. Островский М.В., Абрамзон A.A., Барсуков И.И. Самопроизвольная поверхностная конвекция при массопереносе (кинетические закономерности) // ТОХТ. 1973. Т. 7. №4. С. 512-517.

120. Островский М.В., Голякова И.В. О самопроизвольной поверхностной конвекции при жидкостной экстракции в отсутствии примесей ПАВ // ТОХТ. 1975. Т. 9. № 5. С. 643-650.t

121. Барсуков И.И., Калугина С.К. Спонтанная поверхностная конвекция при экстракции //ТОХТ. 1983. Т.17.№ 4. С. 448-452.

122. Ермаков A.A., Коньшин Ю.А., Назаров В.И. Уравнение кинетики массопередачи в условиях спонтанной поверхностной конвекции // ЖПХ. 1977. Т. 51. № 8. С. 2151.

123. Коньшин Ю.А., Ермаков A.A., Мележ З.П., Максименко М.З. О влиянии вязкости отдающей фазы на скорость массопередачи в системе жидкость-жидкость при наличии самопроизвольной поверхностной конвекции // ЖПХ. 1980. Т. 53. № 5. С. 1192.I

124. Коньшин Ю.А., Пархоменко Н.И., Ермаков A.A. О влиянии межфазного натяжения на скорость экстракционных процессов, осуществляемых при наличии спонтанной поверхностной конвекции // ЖПХ. 1980. Т. 53. № 9. С. 1975-1980.

125. Коньшин Ю.А., Ермаков A.A. Оценки интенсивности самопроизвольной поверхностной конвекции при экстракции поверхностно-активных веществ // ЖПХ. 1986. Т. 59. № 10. С. 2222-2226.

126. Шатохин В.Н., Ермаков A.A., Камнева JI.B. Массоперенос из единичной капли в условиях спонтанной поверхностной конвекции при изменении вязкости фаз // ЖПХ. 1981. Т.54. № 5 С. 1095-1099.

127. Шатохин В.Н., Ермаков A.A., Максименко М.З. Массопередача в период образования капли при наличии межфазной нестабильности // ЖПХ. 1984. Т. 57. № 11. С. 2512-2515.171