22.8. КРИЗИС КИПЕНИЯ В БИНАРНЫХ СМЕСЯХ

Работами Ван-Вийка, Ван-Стралена, В. Г. Фастовского, Р. И. Артыма, Г. И. Бобровича, В. Н. Москвичевой и др. было обнаружено, что при кипении растворов критическая плотность теплового потока зависит от концентрации компонент весьма сложным образом. Автором и его сотрудниками подробно был исследован кризис кипения бинарных смесей, образующих нестабильные пены на примере спирто-водяных растворов (рис. 22.18). Аналогичные зависимости имеют место и для систем -пропанол, вода—метилэтилкетон, вода—бутанол и некоторых других.

Отчетливо обнаруживаются максимумы значений , которые зависят как от размеров нагревателя, так и от давления в системе. Эти максимумы не объясняются изменением физических свойств, входящих в формулу (22.2.5), что видно из сопоставления экспериментальных кривых на рис. 22.18 с кривой, рассчитанной по формуле (22.2.5) при подстановке в нее физических свойств смеси при данной концентрации. В области низких концентраций спирта в воде экспериментальные данные для пластины приближаются к расчетным значениям, а при больших концентрациях характер опытных кривых резко меняется.

Как видно из рис. 22.19, максимум этой зависимости находится примерно в той же зоне концентраций С, что и максимум зависимости .

Особенностью кипения таких растворов, как и спирто-водяная смесь, является склонность к образованию нестабильной пены. Интенсивность пенообразования в определенной мере качественно характеризуется кривой ДС. Поэтому изменения в структуре пены при кипении смеси формально можно оценить величиной

    (22.8.1)

где — максимальная разность летучей компоненты в паровой и жидкой фазах. Если механизмы перехода от одной структуры к другой одинаковы (т. е. рассматривается группа подобных по своим физико-химическим свойствам бинарных смесей), то в первом приближении должна существовать однозначная связь между величинами и ДС. Прямым подтверждением существования такой связи должно быть совпадение зависимостей , построенных по экспериментальным точкам для левой и правой ветвей зависимостей . Эти соображения подтверждаются данными, приведенными на рис. 22.20.

Как видно, зависимость близка к линейной, а угол наклона определяется относительным размером нагревателя. Чем больше величина , тем меньше угол наклона этих прямых, что формально и описывает уменьшение максимумов на кривых .

Рис. 22.18. Зависимость от массовой концентрации спирта в воде для разных размеров поверхности нагрева

Рис. 22.19. Зависимость разности массовой концентрации спирта в паровой и жидкой фазах ДС от массовой концентрации спирта в жидкой фазе С

Рис. 22.20. Зависимость критерия k от