Барботирование (от франц. barbotage - перемешивание), пропускание через слой жидкости пузырьков газа или пара, который диспергируют в барботерах - трубах с мелкими отверстиями, тарелках с отверстиями, колпачками и т. п.
Барботирование применяют в периодич. процессах (при этом жидкость в целом покоится в аппарате) и непрерывных (газ диспергируют в поток жидкости в условиях перекрестного тока или противотока).
При малой скорости газаvnpотдельные пузыри движутся со скоростью, близкой к скорости свободного всплывания. Скорость мелких пузырьков (диаметр d 0,1 мм) можно оценивать по вытекающей из закона Стокса формуле: v = 0,5d2, где
d выражен в мм, v -в м/с. При d > 12 мм
, где - ускорение свободного падения. При малой vnpразмер пузырьков увеличивается с возрастанием диаметра отверстий барботера и поверхностного
натяжения жидкости. Для оценки отрывного диаметра пузырьков может быть использована формула:
, где d0-диаметр отверстий барботера, - поверхностное натяжение, -разность плотностей жидкости и газа. С увеличением диаметра форма пузырьков значительно отклоняется от сферической.
При пропускании газа с высокими скоростями истечения над отверстиями барботера образуются струи. На некотором расстоянии струи разрушаются, порождая поток пузырей. В результате жидкость заполняется пузырьками неодинаковых размера и формы. При достаточно высокой концентрации пузырьков они непрерывно сталкиваются друг с другом, сливаются и дробятся; возрастает дисперсия их размеров.
Пузырьки в барботажном слое движутся неустойчиво по разл. траекториям, заметно отклоняющимся от вертикали. Для жидкости характерна весьма интенсивная циркуляция в объеме всего барботажного слоя. При равномерном подводе газа к входному сечению барботера восходящий ток жидкости находится в центре колонны, нисходящий - около ее стенок. Из-за циркуляции средняя скорость
движения газа в барботажном слое может во много раз превышать скорость
свободного всплывания одиночных пузырьков в покоящейся жидкости.
Барботажный слой неоднороден по высоте (особенно при высоких vпр).
Над отверстиями барботера при достижении определенной скорости истечения
образуются газовые струи, а над ними - пузырьковый слой. Последний практически
всегда заканчивается слоем пены, высота и стабильность которой увеличиваются
при наличии примесей ПАВ или взвешенных твердых частиц. Разрушение пузырьков
сопровождается выбросом капель (образованием брызг). В соответствии со
структурой слоя изменяется по высоте и его газосодержание. При этом можно
выделить три характерных участка: начальный, отвечающий переходу от газосодержания
в отверстиях барботера к газосодержанию в зоне пузырьков; стабилизированный,
совпадающий с пузырьковой зоной; переходный, на котором происходит резкое
увеличение газосодержания, начинающийся в зоне пузырьков и включающий зоны
пены и брызг. Механика барботажного слоя разработана еще недостаточно полно.
На практике при определении его осн. характеристик часто применяют эмпирич.
ур-ния и простые аналит. модели.
Широкое распространение барботирования в технике связано главным образом с высокими коэф. межфазного переноса энергии и вещества, а также с большими межфазовыми поверхностями в единице объема среды, которые сравнительно легко могут быть достигнуты в барботажном слое. Барботирование используют при абсорбции, ректификации, хим. превращениях, перемешивании жидкостей, нагревании их острым паром и др.