Конвекция концентрационная

Доставка исходных веществ к поверхности электрода и отвод продуктов реакции могут осуществляться тремя путями миграцией, молекулярной диффузией и конвекцией. Миграция представляет собой передвижение ионов под действием градиента электрического поля, возникающего в электролите при прохождении тока. Молекулярная диффузия представляет собой перемещение частиц под действием градиента концентрации, возникающего в растворе при его качественной или количественной неоднородности. Конвекция представляет собой перенесение частиц растворенного вещества вместе с потоком движущейся жидкости, например при перемешивании. Отклонение потенциала под током от равновесного значения, вызванное замедленностью доставки и отвода участников реакции, называют концентрационной поляризацией. Концентрационная поляризация имеет важное значение для окислительно-восстановитель-ных процессов и меньшее значение — для разряда простых металлических ионов. Концентрационная поляризация не единственная причина отклонения потенциала электрода под током от его равновесного значения. Обычно изменение потенциала при наложении тока оказывается больше, чем концентрационная поляризация. Это является следствием торможения на стадии присоединения или отдачи электронов. Поляризация, вызванная замедленностью разряда или ионизации при протекании электрохимической реакции, называется химической поляризацией. Химическую поляризацию называют также перенапряжением. [c.204]

Детектор по теплопроводности — катарометр является дифференциальным концентрационным детектором. Принцип его действия основан на том, что нагретое тело теряет теплоту со скоростью, зависящей от теплопроводности окружающего газа. Поэтому скорость теплопередачи может быть использована для определения состава газа. Основными процессами, при которых происходит унос теплоты, является вынужденная конвекция и передача теплоты газовому потоку, которая зависит от теплопроводности газа. Поэтому в качестве газа-носителя при работе с катарометром следует применять [c.41]

Третий механизм массопереноса — конвекция, т. е. перенос вещества вместе с потоком движущейся жидкости. В естественных условиях конвекция возникает в результате градиента плотности раствора, который, в свою очередь, является следствием концентрационных изменений в поверхностном слое или связан с разогреванием приэлектродного пространства при прохождении электрического тока. Естественная конвекция может быть вызвана также выделением газообразных продуктов электродных реакций. Искусственную конвекцию создают перемешиванием электролита или вращением самого электрода. Конвекция не может устранить диффузию, так как по мере приближения к электроду скорость движения жидкости относительно его поверхности падает, а градиент концентрации возрастает. Поэтому чем ближе к поверхности, тем большую роль в процессе массопереноса играет диффузионный механизм. [c.172]

ВОЗМОЖНОСТЬ возникновения свободной, конвекции как следствие концентрационной неустойчивости по условию Ra>Ra . Критические значения числа Релея находят по уравнению (4.67). [c.154]

При естественной конвекции концентрационная поляризация у поверхности нижней мембраны, образующей напорный канал, возрастает, а у верхней — снижается. В случае разделения смеси органических жидкостей влияние естественной конвекции на концентрационную поляризацию необходимо анализировать с учетом преимущественно проникающей жидкости. При этом может оказаться, что более тяжелая жидкость проникает через мембрану лучше и тогда концентрационная поляризация у поверхности нижней мембраны будет снижаться, а у поверхности верхней — увеличиваться. [c.63]

Исследования были выполнены при одностороннем и двухстороннем отсосе для параболического и плоского профилей скорости во входном сечении зоны селективного отсоса. Опыты в канале с верхней проницаемой стенкой соответствовали условию концентрационной устойчивости напротив, при одностороннем отсосе на нижней проницаемой стенке в определенных условиях возникает свободная конвекция, и течение в канале приобретает сложный смешанно-конвективный характер. На рис. 4.11 показаны основные варианты проведения опытов. [c.141]

Было показано [9], что развитие свободной конвекции за счет концентрационной неустойчивости приводит к заметной интенсификации массообмена, при этом максимум зависимости Ки = = f Pf) смещается в область больших давлений, а абсолютное значение коэффициента извлечения заметно возрастает, приближаясь к пределу в режиме идеального вытеснения с полным поперечным перемешиванием (см. рис. 4.27). В конечном счете это снижает удельные затраты энергии при заданном значении целевого компонента (см. рнс. 7.16). [c.267]

Анализ концентрационной поляризации можно провести на основе рассмотрения распределения концентрации и процессов переноса в пограничном слое (рис. IV- ). Если предположить, что перенос растворенного вещества в пограничном слое осуществляется молекулярной диффузией и конвекцией, то можно записать уравнение [c.171]

Естественная конвекция увеличивает концентрационную поляризацию у поверхности нижней мембраны и ослабляет — у верхней. [c.177]

В некоторых случаях при определенных форме и расположении электродов играет роль природа поляризации. Так, устранение путем перемешивания электролита концентрационной поляризации, обусловленной недостаточной конвекцией по высоте катода (стержень, лист и др.), расположенного параллельно [c.359]

Следует заметить, что при составлении электродных балансов допускается ряд существенных упрощений, которые искажают картину действительных изменений, происходящих в приэлектродных слоях электролитной ванны. Здесь учитывается только миграция ионов, но не принимается в расчет влияние диффузии и конвекции электролита, которые выравнивают концентрацию раствора пренебрегают также барботирующим действием газов, выделяющихся при электролизе на электродах. Полученные итоговые балансы справедливы только до тех пор, пока концентрационные изменения, вызванные перемещением ионов, малы [c.42]

Однако теория конвекции была разработана сравнительно-недавно и то для простейшего случая. Поэтому закономерности концентрационной поляризации устанавливают обычно, исходя из представлений Нернста, т. е. (не принимая во внимание движе-ния жидкости вблизи поверхности электрода. [c.269]

Изложенная теория концентрационной поляризации Нернста достаточно проста и наглядна. Однако она имеет тот существенный недостаток, что не принимает во внимание конвекции электролита, не раскрывает физического смысла и значений диффузного слоя. [c.277]

Как видно из уравнений (VII. 18) и (VII. 19), концентрационная поляризация снижается с увеличением коэффициента диффузии и концентрации реагента и уменьшением толщины диффузионного слоя. Диффузионным слоем называется тонкий слой около поверхности электрода, в котором не происходит перемешивания жидкости (отсутствует конвекция) и соответственно молекулы переносятся лишь путем диффузии. Толщина этого слоя, а также концентрационная поляризация уменьшаются при перемешивании раствора. На рис. VII.6 приведены типичные кривые зависимости потенциал — плотность тока для концентрационной поляризации, на которых видно, что перемешивание влияет на предельный ток и концентрационную поляризацию. [c.205]

Интенсивность концентрационной конвекции определяется диффузионным числом Грасгофа, которое является аналогом числа Грасгофа. Важную роль при этом играет диффузионное число Прандтля (число Шмидта), представляющее отношение толщин динамического и диффузионного пограничных слоев. Аналогом числа Рэлея в режиме концентрационной конвекции является диффузионное число Рэлея Кас = Сгс Зс. [c.207]

В случае проведения обратного осмоса необходимо удалять тем или иным способом рассол, накапливающийся перед мембраной, иначе возникающая концентрационная поляризация приведет, вследствие конвекции и диффузии соли, к снижению 7 в пределе до нуля . Рассол используют на практике для получения минеральных солей. [c.349]

Поляризация, вызванная изменением концентрации вещества у поверхности электрода по сравнению с концентрацией его в объеме электролита, называется концентрационной поляризацией, Транспорт вещества, осуществляемый диффузией, миграцией. конвекцией, не относится к собственно электрохимическим явлениям. но он характерен для гетерогенных реакций и возникает вследствие нарушения равновесия в электрохимической системе при пропускании тока через электролит. [c.18]

При рассмотрении механизма электродных процессов различают реакции, протекающие в одной среде (гомогенные реакции) и реакции, которые протекают на поверхности раздела фаз (гетерогенные реакции). Для электрохимии характерно, что в сферу ее изучения входят преимущественно гетерогенные системы, состоящие из двух или более различных гомогенных областей. Известно, что в гетерогенных реакциях важную роль играет скорость диффузии, миграции, конвекции исходных реагентов и конечных продуктов реакции в направлении к поверхности раздела фаз либо в обратном направлении от этой поверхности. Нона кинетику электродных процессов, помимо диффузионных ограничений (концентрационная поляризация), могут заметно влиять химические реакции, протекающие у электродной поверхности, и особенно электрохимический акт взаимодействия между частицами реагирующего вещества и электронами (замедленный разряд, ионизация). Помимо этого, ряд специфических затруднений может внести явление адсорбции на электроде частиц вещества, участвующих в реакции. [c.16]

Если перенапряжение во всех случаях сосредоточено на границе фаз, в двойном электрическом слое или непосредственно за ним, то концентрационная поляризация, наоборот, сосредоточена в объеме раствора и является следствием замедленной доставки ионов (диффузия, миграция и конвекция) к поверхности электрода, (и обратно —отвода ионов от электрода при анодном процессе). [c.272]

Наблюдаемое при пропускании тока смещение электродного потенциала от его равновесного значения, вызванное замедленностью транспортировки ионов в объеме жидкой фазы от поверхности раздела или к поверхности раздела фаз электрод — полярная жидкость, принято называть концентрационной (или диффузионной) поляризацией. Теория концентрационной поляризации для простейшего случая (без учета конвекции) разработана Нернстом. [c.277]

Приведенные уравнения концентрационной поляризации по Нернсту содержат величину б, теоретический расчет которой связан с большими трудностями. При выводе уравнений предполагалось, что конвективный перенос вещества отсутствует, а толщина диффузионного слоя постоянна. Однако опыт показывает, что б существенно зависит от свойств раствора — плотности, вязкости, коэффициентов диффузии реагирующих ионов. Изменение концентрации электролита в приэлектродном пространстве немедленно влечет за собой изменение плотности и вязкости раствора. Возникающие конвективные потоки вызывают медленное движение электролита у поверхности электрода, называемое естественной конвекцией. Экспериментальные и расчетные данные свидетельствуют о том, что в условиях естественной конвекции толщина диффузионного слоя составляет величину порядка 10-2 см. [c.282]

Условия естественной конвекции плохо поддаются теоретическому и экспериментальному изучению в связи с неопределенностью ряда факторов и малой воспроизводимостью опытов. Наиболее перспективен метод принудительного перемешивания, основой которого служит разработанная В. Г. Левичем теория диффузии и концентрационной поляризации в движущейся жидкости. [c.283]

Из всех этих стадий наиболее изучена лишь стадия (а), касающаяся диффузионной кинетики. Хотя суммарная скорость диффузии, миграции и конвекции ионов довольно большая, при значительных плотностях тока эта стадия все, же может оказаться лимитирующей (концентрационная поляризация). [c.355]

Одним из наиболее важных режимов, описываемых системой (6.7.11,) —(6.7.14), является режим естественной гравитационной конвекции, которая представляет один из видов движения, возникающих в поле силы тяжести (или другой массовой силы) при наличии градиентов температуры (концентрации). В системе (6.7.11) — (6.7.14) содержится описание двух разновидностей естественной конвекции тепловой и концентрационной. [c.207]

Иногда для определенных формы и расположения электродов играет роль природа поляризации. Так, устранение путем перемешивания электролита концентрационной поляризации, обусловленной недостаточной конвекцией по высоте катода (стержень, лист и др.), расположенного параллельно (по высоте) аноду, улучшает равномерность распределения тока. Устранение же (перемешиванием) концентрационной поляризации, вызванной ограниченной скоростью подачи разряжающихся ионов к выступающим участкам катода, расположенным перпендикулярно к плоскости анода, наоборот, ухудшает равномерность осаждения металла. [c.264]

Эффективность метода термодиффузии усиливается идущей обычно параллельно диффузии тепловой конвекцией. В этом случае принцип термодиффузионного метода выглядит следующим образом. Пусть разделяемая смесь помещена между горячей и холодной стенками сосуда. Понятия горячий и холодный здесь, разумеется, относительны. Вследствие эффекта термодиффузии легкий компонент концентрируется около горячей стенки, а тяжелый — у холодной. Кроме того, в сосуде возникают конвекционные потоки, вызванные разностью плотностей холодного и горячего газа (жидкости). В результате этого около горячей стенки возникает направленное движение массы газа (жидкости) вверх, а около холодной — вниз. Вот почему легкий компонент будет концентрироваться вверху сосуда, а тяжелый — внизу. Предельное разделение соответствует стационарному состоянию, когда количества легкого компонента вверху трубки и тяжелого внизу ее не будут более изменяться в результате процессов термодиффузии и конвекции. Однако при достижении стационарного равновесия должно происходить немедленное отделение обогащенных слоев, так как в смеси происходит также обычная концентрационная диффузия, направленная на выравнивание концентраций.разделяемых компонентов, причем эта диффузия идет тем быстрее, чем больше разность в концентрации газа (жидкости) в верхней и,нижней областях трубки. [c.42]

Толщина концентрационного пограничного слоя бс- Можно оценить величины А и Ас, выразив их через известные значения Огс и 5с. Поскольку наибольший из членов вязких сил должен иметь такой же порядок, что и члены конвекции и выталкивающей силы, из уравнения (6.2.8) следует [c.342]

Единственное отличие состоит в том, что функции d x) и j(x) теперь заменяются соответственно на е(х) и г(х). Следовательно, автомодельные решения получаются в том случае, если е(х) и г(х) будут иметь ту же самую функциональную форму, что d(x) и /(х) соответственно. Автомодельность достигается, если е(х) изменяется по степенному или экспоненциальному закону. Она сохраняется и в случае стратифицированной внешней среды при условии, что г(х) изменяется таким же образом, как и е(х). Соответствующие значения o и с также совпадают с величинами, найденными в случае термической конвекции, с той лишь разницей, что заменяется на , а / — на С. Следовательно, в случае концентрационной конвекции при распределении Со — Соо по степенному закону справедливы следующие соотношения [c.347]

Уравнения относительно / и С идентичны соответствующим уравнениям для термической конвекции. Параметр Рг заменяется на S , —на , ф — на С, а <7" —на с ". Следовательно, все автомодельные решения для характеристик теплообмена в случае термической конвекции справедливы для характеристик массообмена в случае концентрационной конвекции, если сделаны указанные выше замены параметров. Эта аналогия распространяется и на экспериментальные данные, и на обобщенные соотношения для характеристик теплообмена. Однако следует иметь в виду, что все сказанное выше справедливо лишь при малых разностях концентраций, а также в том случае, если члены с вязкой диссипацией и давлением в уравнении энергии (6.4.3) остаются малыми и в процессе массообмена. [c.347]

Рассматривая два члена с выталкивающей силой, входящие в уравнение (6.3.3), находим, что автомодельные решения получаются в случае, если е изменяется как d, поскольку комплексы g /v и являются постоянными. Следовательно, при изменении по степенному закону d = Nx" и e=N X . Значения с W Ь можно принять равными величинам, используемым в случае термической конвекции и выраженным через d, либо найти с помощью соотношений (6.3.8) для концентрационной конвекции, выразив их через р е. Однако, по-видимому, опти- [c.348]

Исследования аналогичных течений были выполнены в работах [79, 106, 61, 52]. В первых двух с помощью интегрального метода получены соотношения, выражающие характеристики переноса в зависимости от различных определяющих параметров. Важным результатом можно считать то, что влияние концентрационного механизма конвекции связано с величиной [c.360]

В работе [61] рассматриваемую задачу решали с использованием приближенных дифференциальных уравнений пограничного слоя и получили некоторые численные решения. В уравнении движения не учитывались силы инерции. Следовательно, решения были справедливы, строго говоря, лишь в асимптотическом случае S Рг при большом числе Прандтля. Аналитическое решение, полученное в работе [52], также является асимптотическим S Рг, когда концентрационный механизм конвекции очень слаб по сравнению с термогравитационным. Эти решения будут рассмотрены в разд. 6.5. [c.360]

Устойчивость ламинарного течения в каналах с селективнопроницаемыми стенками может быть нарушена npi воздействии массовых сил на среду с неоднородным распределением плотности при этом возникает смешанно-конвективное течение. Следует отметить, что основная информация о влиянии свободной конвекции получена при исследовании термической неустойчивости ламинарных течений в каналах с непроницаемыми стенками, поэтому применение этих результатов к анализу концентрационной неустойчивости в каналах мембранных элементов ограничено чисто качественными выводами. [c.132]

Свободная конвекция, наложенная на вынужденное движение в канале, формирует в условиях отсоса сложное смешанноконвективное движение, которое деформирует диффузионный пограничный слой и существенно меняет локальные характеристики массообмена. Интерферограммы и распределения безразмерной концентрации показаны на рис. 4.17 и 4.18. На начальном участке, до потери концентрационной устойчивости (Яа< <Кас), развитие диффузионного пограничного слоя идентично процессу с устойчивым распределением плотности. При Ка = Кас появляются конвекция и деформация профиля скорости. Далее течение принимает форму вихревых шнуров, что приводит к сильным пульсациям толщины диффузионного пограничного слоя, причем амплитуда пульсаций имеет определенную периодичность, достигая максимального значения в зоне формирования потенциала неустойчивости. [c.145]

Расчет процесса разделения смеси в мембранном модуле представляет сопряженную задачу, включающую решение системы уравнений, неразрывности, движения и диффузии (4.1ч-4.4) в напорном и дренажном каналах, которые взаимосвязаны граничными условиями в форме уравнений проницания (4.5- -4.8). Следует учесть, что скорость отсоса (вдува) и селективность мембраны являются функцией термодинамических и гидродинамических параметров газовых потоков, меняющихся вдоль канала и зависящих от выбранной схемы движения в мембранном модуле. Кроме того, в определенных условиях возможно возникновение свободной конвекции вследствие концентрационной неустойчивости диффузионного погранслоя. Численное решение системы дифференциальных уравнений весьма громоздко и в ряде случаев основано на существенных упрощениях реальной физической картины, например, не учитывается продольная диффузия и свободная конвекция. Процедуру вычислений можно упростить, если использовать одномерные уравнения расхода, импульса и диффузии (4.18), (4.21) и (4.29) и обобщенные законы массообмена, изложенные выше. [c.150]

Для процессов мембранного разделения газовых смесей с использованием высокоселективных композиционных мембран важен вопрос о концентрационной поляризации [14, 15]. В общем случае в результате селективного переноса компонентов газовой смеси через мембрану в напорном канале модуля возникает градиент концентраций по нормали к мембране. В результате у поверхности мембраны образуется пограничный слой, в котором концентрация целевого (или селективнопроникающего) компонента меньше, чем в ядре потока. В процессах мембранного разделения газов компоненты газовой смеси переносятся к мембране как конвекцией, так и молекулярной диффузией. Решение уравнения совместного конвективно-диффузи-онного переноса через пограничный слой к поверхности мембраны приводит к следующему выражению для концентрации целевого (или г-го) компонента ую в газовой фазе у поверхности мембраны в напорном канале [16] [c.172]

Предполагают, что перенос тепла и вещества в направлении газового потока осуществляется лишь при помощи вынужденной конвекции. Принимается также, что из-за высокой скорости тепломассопередачи между газом и зерном катализатора температурными и концентрационными перепадами между ними можно пренебречь. Другим обычным допущением является предположение о том, что градиенты по радиусу реактора для слоя катализатора, работающего даже в неадиабатических условиях, отсутствуют. Наконец, всегда предполагают, что процесс выжига протекает без изменения реакционного объема. Кроме того, рассматривается только одна химическая реакция, кинетическое уравнение для скорости которой (и, мольм с ) имеет вид (4.2). [c.83]

Однако это условие является необходимым, но не достаточным. Вследствие диффузии, конвекции и замедленного обмена между фазами все количество введенного в колонку вещества не успевает пройти колонку за одно и то же время Время прохождения отдельных молекул колеблется в широких пределах около величины В результате такого размывания каждый движущийся компонент образует концентрационный профиль, максимум которого выходит в момент времени и может быть описан в хорошем приближении гауссовским законом распределения. Концентрационный профиль, фиксируемый детектором в виде функции времени, называют хроматографическим пиком . Ширина концентрационного профиля характеризуется средним квадратичным отклонением от осевой линии, ст. Ширина между точками перегиба пика равна удвоенной величине ст. Отрезок на нулевой линии, отсекаемый касательными, нроведенными в точках перегиба пика, составляет 4сг. Из этого следует, что разделение двух компонентов становится заметным, если расстояние между максимумами пиков At больше суммы Oi + стг этих пиков. При [c.29]

В точке С сектора III ситуация довольно неожиданная несмотря на то, что плотность уменьшается при переходе снизу вверх, система неустойчива. Этот пример показывает, что простая механическая интерпретация возникновения неустойчивости, данная нами в разд. 11.3, здесь неприменима. Теперь в (11,98) третий член дестабилизирующий (отрицательный), тогда как первые два—стабилизирующие (положительные). Неустойчивость является следствием того, что производство энергии выталкивающими силами, возникающими из-за концентрационных градиентов, превалирует над диссипацией энергии в двух первых эффектах. В результате появляется свободная конвекция. Однако возникающее при этом ячеечное движение совершенно отлично от того, которое наблюдается в однокомпонентной проблеме Бенара (подробно этот вопрос рассмотрен в работе [167]). [c.172]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология