Стефановский поток

Соотношения для диффузионных потоков усложняются, если в системе протекают физические или химические процессы с изменением объема в газовой фазе. Появляется дополнительный молярный поток — стефановский поток (впервые введенный Стефаном при рассмотрении диффузионного испарения жидкости в газовую среду). [c.74]

Из соотношений (1.183) и (1.187) следует, что стефановский поток влияет на общий перенос массы, но молекулярный перенос вещества диффузией не влияет на силу сопротивления. [c.66]

Пусть изменения объема в газовой фазе происходят за счет гетерогенных процессов испарения с поверхности жидкости, конденсации на поверхности, гетерогенного горения. Тогда величины диффузионных потоков в газовой среде должны быть согласованы с условиями на поверхности. При испарении, например, у поверхности непрерывно появляются новые объемы в газовой фазе (новые объемы пара), при конденсации происходит обратный процесс. При химической реакции на поверхности потоки исходных веществ (к поверхности) и потоки продуктов реакции (от поверхности) связаны стехиометрией реакции. Вдобавок во всех упомянутых случаях инертные (не участвующие в процессе) компоненты не должны перемещаться в направлении, нормальном к поверхности, на которой протекает процесс. В этом направлении общее давление Р сохраняется неизменным. Величина общего давления может меняться только за счет аэродинамических сопротивлений (вязких и инерционных сил). Эти сопротивления при возникновении стефановского потока обычно пренебрежимо малы и не могут привести к сколько-нибудь заметному изменению общего давления. [c.74]

В наших исследованиях за основу взята математическая модель работы [162], которая расширена учетом двух важных процессов переноса. Во-первых,-это перенос массы в порах зерна катализатора стефановским потоком и влияние этого потока на изменение скорости подачи газового потока во-вторых, перенос тепла по слою катализатора за счет теплопроводности. Тогда математическое описание процесса выжига кокса в слое катализатора включает в себя уравнения (4 ) для поверхностных комплексов б, (4.11) для массы кокса на катализаторе дс и объемных компонентов 2, а также уравнения (4.13) для зерна катализатора с видоизмененным граничным условием при г = Кз, учитывающим теплопроводность слою [c.84]

Другим существенным свойством является то, что она равна коэффициенту обмена субстанции (р, деленному на толщину неподвижной пленки жидкости, которая создает основное сопротивление тепло- и массопереносу. Коэффициент обмена равен коэффициенту диффузии, помноженному на плотность, если под ф понимается концентрация, или коэффициенту теплопроводности, деленному на удельную теплоемкость, если под ф понимается энтальпия. Понятие неподвижной пленки является базовым для многих книг по массообмену в химической технологии и имеет важный физический смысл. В этом плане диффузия через неподвижную пленку иногда называется стефановским потоком. [c.18]

В процессе конверсии углеводородов водяным паром происходит изменение числа молей веществ в результате реакции. Следовательно/возникает гидродинамический (стефановский) поток. Вклад в стефановский поток вносит также значительное различие (более чем в три раза) коэффициентов диффузии реагентов. С учетом гидродинамического потока процесс на сферическом зерне катализатора описывается системой уравнений [c.69]

Стефановский поток выражался следующим образом [c.70]

Полный выраженный в числах молей диффузионный поток какой-либо компоненты с учетом возникшего стефановского потока запишется так , = о +- 1 где g Q — собственно диффузионный [c.74]

Уже говорилось, что потоки инертных компонент (с учетом стефановского потока) должны быть равны нулю, а соотношение для потоков компонент, участвуюш,их в реакции, должно удовлетворять стехиометрии реакции. Из этих условий могут быть найдены величины и направление скорости стефановского потока. Перенос со стефанов-ским потоком всех компонент направлен в одну сторону и для /-компоненты равен w pJ RT). Производя выкладки, нужно учитывать взаимосвязь между парциальными давлениями компонент. Для идеального газа сумма парциальных давлений компонент равна общему давлению. В примерах 4 и 5 выводятся конкретные соотношения для диффузионных потоков с учетом стефановского потока при испарении или конденсации и при гетерогенных реакциях на поверхности углерода. [c.75]

Необходимо еще подчеркнуть, что условие равенства нулю векторной суммы мольных диффузионных потоков (в системе центра объема) относится только к собственно диффузионным потокам. Стефановский поток вызывает перемещение всей среды, причем вследствие этого перемещения компенсируются диффузионные потоки инертных компонент. [c.75]

В случае горения газов (паров) стефановский поток также возникает, если протекают процессы с изменением объема газовой фазы, например, в зоне (фронте) горения. [c.75]

Нужно заметить, что при отсутствии вынужденного движения среды, но при наличии стефановского потока конвективный член в дифференциальном уравнении диффузии отвечает стефановскому потоку. [c.77]

Подставляя значение скорости стефановского потока в выражение для потока gl, найдем [c.85]

Таким образом, за счет стефановского потока коэффициент диффузии как бы увеличился в 1/(1 — Р Р) раз. При малых р, Р скорость стефановского потока становится небольшой и выражение для можно упростить [c.85]

Однако и в этом случае диффузионный поток второй компоненты к поверхности жидкости гасится стефановским потоком, т. е. = 0. [c.85]

Интегрируя выражение для учитывающее стефановский поток (причем gl не зависит от х), получим [c.85]

Оценим влияние стефановского потока при испарении. Отношение полного диффузионного потока пара (со стефановским потоком) к чисто диффузионному потоку [c.86]

Пример 5. Определить диффузионные потоки компонент (с учетом стефановского потока) при гетерогенных реакциях на углеродной поверхности с изменением объема газов. [c.86]

В рассматриваемом случае стефановский поток, направленный от поверхности, приводит к уменьшению потока кислорода направленного к поверхности, в (1 + + Р1/Р) раз и к увеличению потока окиси углерода gз, направленного от поверх- [c.87]

Если газовая смесь состоит из СО , СО и инертного газа (кислорода нет), а на углеродной поверхности протекает восстановительная реакция, то приведенные формулы описывают диффузионные потоки углекислого газа (вместо индекса 1 индекс 2) и окиси углерода (индекс 3) с учетом стефановского потока. [c.87]

Для случая горения в атмосфере воздуха р Р 0,21) можно пренебречь влиянием стефановского потока и записать [c.249]

В уравнении материального баланса (3.7) первый член в правой части описывает перенос вещества собственно диффузией, второй -термодиффузией, третий - стефановским потоком (гидродинамическим потоком, возникающим в результате изменения объема реакционной смеси и различия коэффициентов диффузии компонентов). [c.91]

В уравнении (3.15) первый член в правой части характеризует тепловыделение в результате протекания химических реакций второй - тепло, переносимое стефановским потоком, и третий -массовый поток вследствие протекания собственно химических превращений. [c.93]

Из системы (3.15) - (3.18) следует, что вклад стефановского потока примерно пропорционален относительному изменению- объема реакционной смеси, если коэффициенты диффузии компонентов различаются незначительно. Например, уменьшением объема на 20% примерно на столько же увеличивается интенсивность подвода реагентов и уменьшается интенсивность отвода продуктов реакции. Термодиффузию и диффузионную теплопроводность необходимо учитывать, если реакционная смесь имеет компоненты с разной молекулярной массой. В качестве примера ниже приведены [145] результаты расчета температуры поверхности катализатора в процессе парокислородной [c.93]

Составляющие процесса конвективный обмен стефановский поток термодиффузия [c.94]

Наличие газов с различной молекулярной массой (Н2, СО2, Н2О, СН4) приводит к заметному влиянию термодиффузии и диффузионной теплопроводности на скорость превращения. Объем реакционной смеси увеличивается примерно в 1,5 раза, вследствие чего от поверхности появляется дополнительный поток. Однако образующийся водород быстрее других компонентов диффундирует от поверхности катализатора, тем самым уменьшается гидродинамический поток от поверхности. Поэтому вклад стефановского потока составляет менее 10%. [c.94]

Уравнения (3.10) и (3.11) написаны для одного компонента и единственной реакции в предположении равнодоступности всей поверхности. Для сложных смесей могут оказаться существенными процессы переноса тепла и вещества стефановским потоком, термодиффузией, диффузионной теплопроводностью. Неравнодо-стунность наружной поверхности зерен катализатора в неподвижном слое связана с тем, что основной поток газа проходит в виде струй, омывая часть наружной поверхности зерен катализатора. Вблизи точек контакта зерен образуются карманы>>, непроточные области, вихревые зоны. Тепло- и Д1ассообмен между поверхностью и потоком в проточной части и в непроточной области, вообще говоря, различен. Но при скоростях потока порядка 0,5 нм /с можно считать поверхность зерна равнодоступной, характеризуемой одним коэффициентом обмена. [c.156]

Изменение объема приводит к возникновению переносй Массы в порах зерна катализатора дополнительным (стефановским [157]) потоком. Учет стефановского потока необходим по двум причинам. Во-первых, не нарушаются балансовые соотношения между компонентами во-вторых, не искажается физическая картина процесса выжига. После насыщения кокса кислородом стефановский поток за счет образования 2 моль СО из 1 моль О2 направлен из зерна и способствует дополнительному переносу продуктов окисления к внешней поверхности зерна. На начальном этапе регенерации, когда доминирует стадия адсорбции кислорода, число молей в порах зерна уменьшается. Возникает дополнительный перенос кислорода из газовой фазы к внешней поверхности, стефановский поток при этом направлен внутрь зерна, т. е. меняет знак. Тогда уравнения материального и теплового балансов с учетом переносов за счет диффузии, теплопроводности и стефановским потоком имеют вид [c.72]

Плотность твердого продукта в 1000 раз больше плотности газа, поэтом образование 82... 85 приводит к заметному уменьшению реакционного объемг При дезактивации катализатора часть серы остается на его поверхности, чт также способствует уменьшению объема. Вследствие этого в ело катализатора возникает дополнительный массоперенос за счет, та называемого, стефановского потока. [c.121]

Рабочая газовая смесь сильно разбавлена инертными компонентами. Кроме того, реакции очистки протекапт без изменения объема. Поэтому, несмотря на некоторые различия коэффициентов диффузии компонентов смеои, можно пренебречь влиянием Стефановского потока и диффузионной стехиометрии на скорость процесса. [c.70]

Реакщя конверсии метана сопровождается заметным изменением объема (примерно в 1,5 раза), а коэффициенты диффузии в смеси различаются более чем в три раза. В этих условиях возникает гидродинамический стефановский поток. Оценка вклада его в обший поток компонента показала, что при /><0,5 МПа он составляет до 10% диффузионного. С увеличением давления вклад уменьшается и при 3,0 МПа не превышает 2-3%. Степень использования внутреннего объема катализатора не зависит от вклада стефановского потока, при /> = 0,1 МПа и t = 700°С величина р = 0,189, а при = 3,0 МПа и 700°С р = 0,07. Практически для конверсии метана под давлением можно пренебречь. [c.72]

Если не учитывать стефановский поток в зерне, который составляет несколько лроцентов от диффузионного, то систему уравнений, описывашцую процесс в зерне, можно представить в виде [c.77]

Однако аналогия между теплообменом и диффузией (диффузионным массообменом) лишь приближенная. Прежде всего, она нарушается из-за появления при диффузии стефановского потока. При сильном влиянии стефановского потока уже нельзя использовать в качестве исходных критериальные формулы для теплообмена, полученные по опытам (или расчетам) без стефановского потока. Стефановский поток тем сильнее, чем выше относительное парциальное давление диффундирующего вещества р- /Р. Для учета влияния стефановского потока в число определяющих критериев подобия следует включить критерий р Р (точнее, два критерия р о Р и Р1пов иливместопоследнего(р1, , — где и Р1 ов — [c.82]

Все соотношения, полученные для потока с учетом стефановского потока, могут быть использованы для определения потока пара при конденсации из смеси с некон-денсирующимся газом. Стефановский поток в данном случае будет направлен к поверхности конденсации. [c.86]

В случае р, = О в удалении от поверхности испарения) и Рщов/Р = 0.5 получаем Р = 1,4. В случае Ртав/ = 0,95 отношение Р возрастает до 3,2. При рщов1Р, очень близких к единице, отношения Р будет большим. В этом случае за счет стефановского потока будет обеспечен практически любой поток пара, который соответствует подводимому к поверхности испарения тепловому потоку, расходуемому на испарение. [c.86]

Вообще говоря, в пределах приведенной пограничной пленки в силу неизохоричности реакций 2, 3 и 4 имеет место молярный перенос. Новые объемы, получающиеся в результате этих химических реакций, нарушают равновесие масс и вызывают стефановский поток. В этих условиях более справедливо потоки компонент представить в виде G = —Dd ldx + oj , где w — скорость молярного переноса. Однако это вносит существенные усложнения в решение задачи. Для простоты будем пренебрегать изменением объема при реагировании, заменяя действительные реакиии их гипотетическими реакциями с равным объемом исходных и конечных веществ. При сухой газификации эти реакции имеют вид [c.151]

Гетерогенный характер окисления пористого углерода может наблюдаться при низких и умеренных температурах, когда окислительная реакция С + 02 = С0г идет быстрее, чем обратная реакция восстановления углекислоты С02-ЬС = 2С0, которая достигает высоких скоростей лишь на поверхности раскаленного углерода, т. е. при высоких температурах, обеспечивающих расход тепла на эндотермическую реакцию. Возникающий при этом двойной объем окиси углерода вызывает конвективный (стефановский) поток от поверхности углерода навстречу диффундирующему к ней кислороду, который реагирует с этой окисью (2С0-Ь02 = 2С02) по схеме, показанной на рис. 3, не успевая дойти до углеродной поверхности, [c.14]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология