Молекулярная диффузия на межфазной границе

Ключевой задачей теории является определение степени затухания коэффициентов турбулентного обмена с приближением к межфазной границе. Недостаточная разработанность теории турбулентности вообще и особенно в применении к системам жидкость—газ не позволяет пока сделать это строго, исходя лишь из гидродинамических соображений. Однако количественная оценка характера затухания возможна на основе надежных экспериментальных данных о зависимости коэффициента массоотдачи от коэффициента молекулярной диффузии. Показатели степени в законе затухания коэффициентов турбулентного обмена и в зависимости к от Оа связаны простым соотношением. Поэтому выявление характера влияния О а на ки по выражению Д. А. Франк-Каменецкого позволяет как бы физико-химически зондировать пограничный слой. В частности, для свободной границы жидкость-газ, как будет показано ниже, многочисленными экспериментальными работами в большинстве практически важных случаев установлена пропорциональная зависимость между к и коэффициентом молекулярной диффузии в степени 0,5. Это соответствует полученным на основании некоторых допущений предсказаниям основанным на квадратичном законе затухания. Доп. пер. [c.101]

Основным физико-химическим процессом экстракции является обмен между органической и водными фазами до достижения равновесия. Массообмен осуществляется на межфазной фанице в результате перехода компонентов из фазы, где концентрация выше равновесной, в фазу, где концентрация ниже равновесной. Массообмен лимитируется встречным диффузионным транспортом компонентов от границы в объем фазы и наоборот. Очень медленный процесс молекулярной диффузии должен быть дополнен конвективной диффузией в объеме фазы, для чего необходимо создать в ней интенсивные вихревые токи с помощью гидродинамических воздействий. [c.169]

Возникновение диффузного слоя ионов в растворе вблизи межфазной границы обусловлено равновесием между притяжением (отталкиванием) ионов к заряженному электроду и выравниванием ионных концентраций за счет тепловой диффузии. Это равновесие было теоретически рассмотрено в работах Гуи [2] и Чэпмена [3]. Трактовка этих авторов близка к теории сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Теория Гуи-Чэпмена основана на ряде не вполне строгих предположений. Например, в этой теории ионы рассматриваются как точечные заряды, а также принимается, что при переносе ионов к границе раздела фаз затрачивается лишь электростатическая работа. Поэтому теория Гуи— Чэпмена является точной лишь для разбавленных растворов. Далее, в этой теории принимается, что роль растворителя в электрическом взаимодействии между ионом и электродом можно учесть с помощью макроскопической диэлектрической проницаемости. Это предположение в электрохимической теории весьма распространено и зачастую неизбежно, однако его пригодность для описания электростатических взаимодействий на расстояниях, сравнимых с молекулярными размерами, в высшей степени сомнительна. Тем не менее простую теорию двойного слоя с успехом применяли к целому ряду растворителей в различных условиях. Успехи теории частично объясняются тем обстоятельством, что в области ее несостоятельности (при больших концентрациях электролита или больших напряжениях) диффузный слой слабо влияет на свойства двойного слоя. Вывод основных уравнений диффузного слоя довольно прост и будет опущен. Подробное рассмотрение вопроса читатель найдет в обзоре Грэма [7]. [c.67]

При межфазном переносе веществ наиболее проста двухпленочная модель, согласно которой с обеих сторон поверхности раздела фаз имеются пограничные пленки. Перенос вещества в этих пленках осуществляется за счет молекулярной диффузии, а в объеме фаз — за счет более быстрой конвективной или турбулентной диффузии. В результате диффузионное сопротивление сосредоточивается в этих двух пограничных пленках, причем принимается, что на границе раздела фаз устанавливается равновесие согласно уравнению (V-1). Применяя к каждой из пограничных пленок уравнение диффузии Фика Гс=—D d /dx) (где D — коэффициент молекулярной диффузии, м /с) и условие непрерывности потока (согласно которому изменение концентраций в пленке в отсутствие реакции должно быть линейным), получим выражение [c.247]

При получении химических волокон, пленок и ВПС гидродинамическая картина осложнена вследствие фазовых превращений в системе. На первом этапе формования жидкости являются смешивающимися или, по меньшей мере, частично смешивающимися на втором этапе элементы системы (выделенный полимер и осадительная ванна) не смешиваются, но поверхностное натяжение на границе раздела фаз элементов невелико. В процессе фазовых превращений межфазное поверхностное натяжение является переменной величиной, что и обусловливает особенности истечения и разрушения струй. Эти особенности заключаются в том, что при истечении в смешивающуюся жидкость необходим значительно меньший минимальный напор для образования струй при тех же напорах истечение в газовоздушную или несмешивающуюся жидкую среду носит капельный характер. Кроме того, время жизни струи (или длина сплошной части) находится в сложной зависимости от величины межфазного поверхностного натяжения. Это объясняется тем, что при истечении струи в пространство, занятое другой жидкостью, на границе раздела сред протекает процесс молекулярной диффузии. Для случая ламинарного режима он может быть аппроксимирован уравнением [c.132]

Скорость изменения свойств адгезионной системы в каждом конкретном случае определяется начальными и граничными условиями сорбции агрессивного компонента из внешней среды, его коэффициентом диффузии, геометрическими характеристиками элементов сэндвичевой системы. Для дальнейшего развития представлений о механизме процессов, протекающих в межфазном слое, кроме феноменологического подхода к анализу изменения макроскопических свойств, необходимы исследования диффузионного поведения как низкомолекулярных веществ в полимерах, отличающихся молекулярной структурой, надмолекулярной и фазовой организацией, так и диффузионного поведения макромолекул и их фрагментов на межфазной границе. Попытка экспериментального исследования этих процессов предпринята в работе [416]. [c.286]

Итак, представления о диффузионном механизме межфазного взаимодействия полимеров подтверждаются общими закономерностями совместимости высокомолекулярных соединений. Совпадение механизмов обоих процессов обусловлено тем, что они развиваются на сегментальном уровне. Этот вывод более обоснован, нежели гипотеза [544, 545] о возможности развития в адгезионном соединении неограниченной диффузии через границу раздела фаз, поскольку (в отличие от макромолекул в целом) переход сегментов возможен благодаря соответствию их молекулярной массы области растворимости. Даже при малом сродстве компонентов это растворение может осуществляться путем изменения конформаций в граничных слоях полимеров при увеличении поверхностной энтропии. [c.113]

Таким образом, возможность эффективного межфазного взаимодействия полимеров, обусловливающая образование прочных и долговечных адгезионных соединений, связана с необходимостью соблюдения двух условий. Первое из них состоит в выборе системы, для которой по термодинамическим причинам возможно развитие локальной диффузии через границу раздела фаз. Согласно второму условию, макромолекулярные цепи контактирующих объектов должны обладать высокой подвижностью, создающей молекулярно-кинетические предпосылки для формирования максимальной площади межфазного контакта. [c.115]

Согласно изложенным выше соображениям, полярность эластомеров не является непосредственной причиной изменения эффективности их межфазного взаимодействия с поликапроамидом. Поскольку нитрильные адгезивы различаются по степени дисперсности, можно ожидать, что именно этот фактор оказывает решающее влияние на интенсивность диффузии через границу раздела фаз. Действительно, содержание фракций с молекулярной массой, меньшей 25-10, составляет 91,5% для СКН-18 14,6% для СКН-26 и 9%-для СКН-40 [561]. Понятно, что в соответствии со вторым законом Фика диффузионный массообмен интенсифицируется при снижении молекулярной массы диффузанта. Поэтому из трех перечисленных нитрильных эластомеров максимальную прочность адгезионных соединений должен обеспечивать СКН-18. Однако влияние молекулярной массы проявляется прежде всего при повышенных температурах, способствующих усилению подвижности макромолекул. Как следствие, зависимость, приведенная на рис. 48,2, почти параллельна оси абсцисс. В этом убеждают также данные рис. 50, относящиеся к комнатной температуре. С ростом последней зависимость, как и следовало ожидать, приобретает монотонно возрастающий характер (рис. 51) вследствие повышения гибкости макромолекул. В меньшей степени этот эффект характерен для эластомера с максимальным содержанием нитрильных групп (рис. 50,3), что служит дополнительным доказательством справедливости рассматриваемых представлений. [c.116]

В основе теории пограничного слоя лежит допущение, что толщины 5, 5. , и бд малы по сравнению с характерным размером тела /д. Оценки показывают, что это условие выполняется при больших числах Ке, Ре и Ре ,. Тогда молекулярные переносы импульса, энергии и вещества существенны только в пограничном слое, а за его пределами ими можно пренебречь. Часто приближением теории пограничного слоя называют такой способ изучения явлений переноса, когда пренебрегают продольными диффузиями импульса, энергии и вещества и считают, что процессы переноса осуществляются только в поперечном направлении (в направлении, перпендикулярном к поверхности тела или межфазной границе). [c.386]

Для часто встречающегося на практике случая турбулентного движения жидкости принято дополнительно выделять турбулентный механизм переноса массы, который представляет собой, по-существу, процесс конвективного смешения, когда вещество переносится беспорядочными турбулентными пульсациями жидкости. Этот процесс называется турбулентной диффузией, хотя его сходство с молекулярной диффузией заключается лишь в одинаковой форме выражений для потоков веществ во многих (но не во всех) случаях [5]. Турбулентная диффузия обычно протекает очень быстро, хотя вблизи межфазных границ, где турбулентное движение подавлено, ее скорость может оказаться несущественной по сравнению с одновременно протекающим процессом молекулярной диффузии. [c.322]

Если течение жидкости в фазах носит ламинарный характер и поле скоростей известно из предварительного рассмотрения соответствующей гидродинамической задачи, то, в принципе, для расчета массообмена (теми или иными способами) достаточно полных уравнений конвективной диффузии, однако их точные аналитические рещения имеются только для ограниченного числа частных случаев. Большинство задач решается в приближении диффузионного пограничного слоя, часто позволяющем получить вполне удовлетворительные по своей точности результаты. Как и в гидродинамической теории пограничного слоя, при этом методе все течение жидкости (газа) разбивается на две области область постоянной концентрации вдали от поверхности массообмена и область резкого изменения концентрации вблизи межфазной поверхности. Последняя представляет собой весьма тонкий слой, где необходимо учитывать наличие молекулярной диффузии, и называется диффузионным пограничным слоем. В пограничном слое пренебрегают продольными градиентами концентрации по сравнению с поперечными. При этом обычно рассматривают двумерные течения (вдоль плоской границы или тела вращения), в которых все величины зависят только от двух переменных х — вдоль поверхности и у — перпендикулярно к ней. Тогда уравнение конвективной диффузии [c.359]

Следует отметить, что число опубликованных работ по определению коэффициентов диффузии ПЛВ весьма ограничено. Причем практически все сведения относятся к водным растворам. В литературе отсутствует также описание методов прямого определения количества ПАВ, продиффундировавшего из водного раствора в нефть. Обычно ограничиваются лишь косвенной оценкой количества ПАВ, продиффундировавшего из водного раствора в нефть, по изменению межфазного натяжения нефти на границе с дистиллированной водой [10]. Но такой способ отличается некоторой условностью. Дело в том, что неионогенные ПАВ, применяемые в нефтяной промышленности, состоят из фракций, отличающихся друг от друга молекулярной массой, поверхностной активностью и диффузионными свойствами [4]. При контакте водного раствора с нефтью молекулы таких ПАВ диффундируют неодинаково, и распределение их по фракциям н нефти становится иным, чем в исходном водном растворе. Все это отразится на точности определения количества продиффундировавшего в нефть ПАВ по калибровочному графику, построенному для ПАВ исходного состава. [c.12]

При увеличении растворяющей способности органической фазы проницаемость полимерной пленки для мономеров становится больше, в связи с чем появляется возможность роста макромолекул в пленке и молекулярный вес полимера увеличивается. При увеличении степени набухания полимера настолько ускоряется диффузия мономеров через пленку, что они как бы проскакивают сквозь нее, в результате чего реакция активных концевых групп полимерной цепи с мономером становится маловероятной. Более вероятна в этом случае реакция мономера непосредственно с мономером, протекающая в некоторой части объема фаз с образованием низкомолекулярного продукта. При этом значительно уменьшается регулирующая роль границы раздела фаз и полимерной пленки, т. е. межфазная поликонденсация приближается к поликонденсации в растворе. [c.211]

Решение уравнения (16.7) совместно с краевыми условиями, выражающими постоянство концентрации на межфазной границе и вдали от нее, приводит к отедующей связи между коэффициентом массоотдачи k п коэффициентом молекулярной диффузии А о что эквивалентно St S . [c.173]

Существование в вязком подслое турбулентных пуЛ1>саи.ий и их постепенное затухание с приближением к межфазной границе имеют принципиальное эваче-, ние для проблемы массопередачн, особенно в тех случаях, когда процесс массо-пгредачи лимитируется переносом в жидкой фазе. Действительно, поскольку а жидкостях коэффициент молекулярной диффузии обычно значительно меньше коэффициента кинематической вязкости, турбулентные пульсации, несмотря на свое достаточно быстрое затухание в вязком подслое, дают заметный вклад в массовый поток вещества к границе раздела фаз. Влияние пульсаций на массоперенос становится пренебрежимо малым лишь в пределах так называемого диффузионного подслоя, толщина которого для жидкостей мала по сравнению. с толщиной вязкого подслоя. Скорость межфазного массообмена существенно зависит от характера изменения эффективного коэффициента турбулентной диффузии Pt вблизи межфазной границы. Если предположить, что функция Dt (у) достаточно хорошо описывается первым членом разложения в ряд Тейлора [c.177]

Введение в состав маслорастворимого эмульгатора, его углеводородного раствора или водную фазу содетергена, например, спирта, который усиливает сродство ПАВ к водной фазе, снижает его ККМ, способствует улучшению молекулярной диффузии через межфазную границу и разжижает адсорбционный слой. Такой путь регулирования межфазного натяжения, как правило, используют при составлении композиций микроэмульсий. Обратные же эмульсии, по данным Б.А. Рашкован, будут повышать свою дисперсность лишь на этапе получения. Однако в дальнейшем их агрегативная стабильность будет резко снижаться во [c.54]

В [575, 579] подчеркивается, что микродинамика граничной воды может быть тесно связана с микродинамикой границ раздела, вблизи которых она формируется. К. Пакер [575] предложил модель микродинамики граничной воды, в которой разделены быстрые (/) и медленные (s) движения, связанные с подвижностью индивидуальных молекул воды (/) и переориентацией микрообластей (время корреляции тл) или конечным временем пребывания молекулы воды в пределах данной мик-рообластн [Tiat d /(4Z))] (рис. 14.1). Вклад медленных движений в спектр молекулярных движений воды может возникать вследствие заторможенной подвижности воды вблизи активных центров поверхности, анизотропии ориентационного упорядочения или анизотропии коэффициента трансляционной диффузии вблизи межфазной границы. [c.231]

В одной из последних работ Ингленд и Берг [45] обсуждали причины, приводяш,ие к ош,утимым значениям ПС. Подход этих авторов несколько отличается от подхода Шимбачи и Шиба [46], но тоже основан на учете адсорбционных явлений на межфазной границе. Ингленд и Берг теоретически исследовали нестационарную молекулярную диффузию в системе жидкость — жидкость. При этом они учли накопление переносимого компонента на межфазной границе за счет адсорбции и влияние барьеров адсорбции и десорбции. [c.387]

Самая простая модель известна под названием двухпленочной [34]. Она возникла как аналогия предложенных Нернстом представлений о растворении твердых тел. Двухпленочная модель основана на четырех допущениях. Во-первых, предполагается, что изменение концентраций извлекаемого компонента происходит лишь в тонких пленках, непосредственно прилегающих к границе раздела фаз. Во-вторых, считается, что равновесие на межфазной границе устанавливается мгновенно. Третьим допущением является линейность профиля концентраций в пленках, т. е. стационарность массопередачи. И, наконец, четвертое состоит в требовании, чтобы маесоперенос в пленках осуществлялся только путем молекулярной диффузии. Поэтому массоотдачу в каждой из фаз можно описать с помощью уже известных выражений типа / =р ЛСг. [c.154]

Теория обновления поверхности (Хигби, Данквертса, Кишиневского) рассматривает процесс межфазной диффузии как неустано-вившийся, характеризующийся непрерывным обновлением поверхности. В результате турбулизации потока элементарные объемы жидкости или газа на границе раздела фаз заменяются новыми, приходящими из ядра потока. Таким образом, массопередача происходит не только за счет молекулярной диффузии, но и за счет перемешивания (турбулизации потока). Время нахождения элементарного объема жидкости на границе раздела фаз названо временем контакта или возрастом элемента т. [c.407]

В последнее время появляются работы в которых отмечается существенное влияние межфазной турбулентности, возникающей в результате действия градиентов и флуктуаций составов фаз. В таком случае. пограничный слой с молекулярной диффузией в нем вблизи поверхности раздела фаз отсутствует. Следует ожидать, что кинетический коэффициент не будет зависеть от молекулярной диффузии, а зависимость его от скорости движения фазы окажется близкой к прямой пропорцио-пальности (но показатель степени при и не может превышать единицы, так как в стационарных условиях скорость переноса через границу не может превышать скорости переноса потоком фазы). [c.59]

Несмотря на то, что обмен растворенным веществом между неподвижными несмешивающимися жидкостями происходит, как можно ожидать, исключительно путем молекулярной диффузии, установлено, чтб в ряде систем наблюдается спонтанная межфазная турбулентность. Влияние последней заключается в том, что она обусловливает намного более высокие скорости массопередачи, чем получаемые исключительно молекулярной диффузией. Последняя статья Стернлинга и Скривена [160] содержит обзор большого числа опубликованных случаев, подтверждающих это явление. Например, если осторожно налить поверх воды слой 10%-ного раствора метанола в,толуоле, то появится мутная эмульсия капель воды в органической фазе, но водная фаза остается прозрачной. Приведено большое количество других примеров и описаны разные виды наблюдавшейся межфазной турбулентности. Отмечено, что никаких явлений на границе раздела жидкость — жидкость не наблюдается, если отсутствует растворенное вещество. Стернлинг и Скривен объясняют турбулентность гидродинамической нестабильностью, вызванной флуктуациями межфазного натяжения, связанными с массопередачей через границу раздела. [c.513]

В системе газ (пар) — жидкость одни компоненты переносятся из ядра потока жидкой фазы к границе раздела фаз, а затем в ядро потока газовой (паровой) фазы, другие компоненты — в обратном направлении. При этом перенос массы в ядре каждой фазы обычно происходит в результате турбулентнь Х пульсаций, а в вязких подслоях вблизи границы раздела — в результате молекулярной и Затухающей турбулентной диффузии. Перенос в-ва в. этих системах через границу раздела осуществляется путем испарения и конденсацин или в результате растворения га.ча и жидкости. В системах с тв. фазой различают внешнедиффуз. область, когда в-во переносится из ядра газовой или жидкой фазы к пов-сти ТВ. тела, и внутридиффузионную, к-рая характеризуется переносом распределяемого компонента внутри пор (для пористых структур) и диффузией в тв. фазе. Механизм М- в системах с движущимися фазами, такими, напр., как газ (пар) и жидкость в виде стекающей пленки, может существенно изменяться при гидродинамич. нестабильности пов-стн раздета вследствие возникновения межфазной спонтанной турбулентности потоков или нрн noiiepxHo THoii конвекции. Суи ,е( твенное влияние иа состояние н ра.чмер иов-стн раздела оказывает наличие в системе ПАВ. Эффективность М- в значит, степени зависит также от теплообмена между фазами. [c.313]

Кинетика абсорбции. При А. поглощаемый газ в результате молекулярной, конвективной, а также турбулентной диффузии из ядра газового потока переносится к границе раздела фаз, а затем по такому же механизму равномерно распределяется в объеме жидкости. Скорость переноса характеризуется массовым потоком Уг > е. числом молей в-ва, переносимых за 1 с через 1 м межфазной пов-стн по нормали к ней. Обычно принимают, что на границе раздела фаз устанавливается равновесие прн составе фаз х р и у р. Тогда стационарный массовый поток прн А. (десорбции) поглощаемого газа можно выразить через коэф. мас-соотдачи для жидкой 3, (м/с) или газовой [3 [кмоль/ (м МПа)] фазы и движущие силы [c.16]

Вода играет положительную роль при синтезе полиамидов по эмульсионному и межфазному способам. Она способствует диффузии диаминов из водной в органическую фазу (зону реакции), отводу хлористого водорода из этой зоны, повышает поверхностное натяжение на границе раздела фаз и т. д. Показано [48], что в водноорганических системах, содержащих хорошо смешивающиеся с водой органические жидкости, резкое уменьшение содержания воды в органической фазе эмульсионной системы приводит к снижению молекулярной массы полиамида. Этот факт приходится связывать с каталитическим действием воды. Предполагаемый механизм катализа [49] сводится к образованию комплекса, в котором облегчено протекание заключительной стадии ацилирования (распад а-комплекса и отщепление галогенводо-рода) [c.50]

Неравновесная (межфазная) поликонденсация развивается на границе двух несмешивающнхся фаз жидкость — жидкость или жидкость — газ, причем каждый из сомономеров растворим лишь в одной фазе. Поэтому скорость процесса лимитируется скоростью диффузии реагентов, а соответственно скоростью перемешивания среды (или скоростью контактирования фаз). В отличие от равновесной неравновесная поликонденсация характеризуется пониженными значениями энергии активации (около 8—40 кДж/моль) в этом случае обычно используются высокоактивные, а соответственно и более дорогие мономеры. Преимуществом метода является высокая скорость реакции, большой выход (до 99%), а также возможность получения при комнатных температурах полимеров с высокой молекулярной массой (до 1 000 000). [c.108]