Уитмена теория

Кинетику превращений в системе жидкость (газ) — жидкость рассмотрим на примере абсорбции газа жидкостью с одновременной химической реакцией, считая, что реакция проходит только в жидкой фазе. До сих пор для количественного описания таких превращений широко используется пленочная теория Льюиса и Уитмена. Согласно этой теории, по обе стороны межфазной поверхности газ —жидкость существуют ламинарные пограничные пленки. Несмотря на то, что пленочная теория гидродинамически обоснована только для газа, она проста и удобна в применении. Предполагается, что вне пределов пограничных плепок изменения концентраций реагентов в направлении, перпендикулярном к межфазной поверхности, отсутствуют, а на поверхности контакта фаз между концентрациями абсорбируемого компонента в жидкости и в газе устанавливается динамическое равновесие. В состоянии такого равновесия зависимость между парциальным давлением газообразного компонента и его концентрацией в жидкой фазе выражается законом Генри. Принятая модель процесса используется при изотермических условиях его проведения. [c.250]

Пленочная теория (модель Льюиса — Уитмена) [9, 10], Согласно этой модели граница раздела фаз представляется в виде прилегающих друг к другу тонких пленок фаз, толщина б которых составляет величину порядка радиуса молекулярного взаимодействия. Физическая схема модели и соответствующая диаграмма связи представлены на рис. 2.13. [c.149]

Льюис и Уитмен использовали основное положение Нернста при анализе процессов, протекающих на границе раздела двух фаз. Основные положения двухпленочной теории Льюиса и Уитмена [c.236]

Согласно теории Льюиса — Уитмена на границе раздела фаз устанавливается подвижное равновесие. Время установления подвижного равновесия можно приближенно определить отношением [c.149]

Таким образом, основные положения двухпленочной теории Льюиса—Уитмена можно сформулировать следующим образом. [c.68]

В этой работе подчеркивается тот факт, что термодинамические свойства смеси оказывают существенное влияние на эффективность тарелки. Методика А. I. СЬ. Е. (Американский институт инженеров-химиков) основана на рассмотрении массопередачи на тарелке, имеющей определенную математическую модель, с учетом степени перемешивания жидкости на тарелке и величины ее уноса. Представления, используемые для развития данной методики, основаны на теории двойного сопротивления Уитмена . [c.332]

Массопередача происходит при контакте двух фаз. В случае контакта протекающей газовой фазы с жидкой или твердой фазами существование пограничного слоя можно считать реальным. В обратном случае контакта жидкой фазы с газовой существование пограничного слоя является скорее рабочей гипотезой (как в двухпленочной теории Уитмена). [c.553]

Пограничный слой между двумя фазами — область резкого изменения концентрации распределяемого вещества. Согласно одной из наиболее ранних теорий массопередачи, теории Нернста— Льюиса — Уитмена, на границе двух несмешивающихся фаз при их относительном движении образуются две неподвижные пленки, служащие основным источником сопротивления массопередаче. Массопередача в указанных пленках осуществляется вследствие квазистационарной молекулярной диффузии, причем время установления равновесия на границе раздела фаз практически равно нулю. [c.197]

Наиболее ранней попыткой описать механизм массопередачи была пленочная теория Льюиса и Уитмена, введших понятие двойной пленки на границе раздела фаз — фазовой и жидкой. При этом полагается, что обе пленки находятся в ламинарном движении, тогда как вся остальная жидкость и весь объем газа находятся в турбулентном движении и что в них, следовательно, устанавливается равномерная концентрация по всему объему. Процесс массопередачи протекает только за счет молекулярной диффузии и сравнительно медленно, в связи с чем пренебрегают зависимостью коэффициента диффузии от концентрации диффундирующего элемента, т. е. коэффициент D в выражении (III. 1) полагают величиной, постоянной для данной двухфазной системы. [c.67]

В дальнейших исследованиях процесса массопередачи некоторые положения теории Льюиса—Уитмена были подвергнуты критике, [c.68]

Наиболее полное отражение механизм массопередачи получил в теории В. Левича о диффузионном пограничном слое, развитой на основе современных представлений гидродинамики турбулентных потоков. Эта теория учитывает как молекулярную, так и конвективную диффузию, т. е. перенос вещества потоком жидкости, который имеет место в гидродинамическом пограничном слое главным образом в результате проникания в него турбулентных пульсаций. Молекулярный перенос становится определяющим лишь в узкой области около границы раздела, где коэффициент турбулентной диффузии меньше молекулярного. Диффузионный пограничный слой принципиально отличается от жидкой пленки Льюиса—Уитмена, так как его толщина зависит от гидродинамических условий, свойств жидкости и собственно коэффициента диффузии. В этом слое происходит резкое изменение концентрации и толщина его определится уравнением [c.73]

При этом для пленочной теории Льюиса—Уитмена величина /= 1, а для теории обновления поверхности Хигби— Данквертса величина f = 0,5. Исходя из этого Тур и Марчелло сделали попытку объединить эти две теории в одну, полагая, что они являются лишь двумя крайними случаями общей теории массопередачи, т. е. пленочно-пенетрационной. При этом они полагают, что жидкие элементы, находящиеся на межфазовой границе, непрерывно обновляются за счет турбулентных вихрей, приходящихся на поверхность из ядра потока. Если такое обновление происходит достаточно быстро и часто, то процесс молекулярной дн( узии, осуществляющейся в период между вихрями, будет нестационарным и подчиняется теории Хигби. Если же на границе раздела фаз будет успевать устанавливаться равновесная концентрация, то массопередача будет подчиняться законам пленочной теории. А поскольку в реальных условиях скорости ухода и прихода вихрей могут быть самыми разнообразными, то имеют место как стационарный, так и нестационарный режимы переноса. Количественный учет массопередачи осуществляется с помощью элемента I, т. е. некоторого конечного расстояния от границы раздела фаз до точки, где концентрация является постоянной, по крайней мере, в течение времени пребывания элемента жидкости на поверхности. [c.74]

Анализ влияния реакции первого порядка и быстрой необратимой реакции второго порядка на скорость массопередачи был проведен с использованием двухпленочной теории Уитмена, теории проницания Хигби и теории обновления поверхности Данквертса, являющейся модификацией. тейрйИ Проци ания. Если абсорбция сопровождается реакцией пёрйогб порядка, все три теории дают совпадающий результат. [c.52]

Механизм массопередачи при экстракции. Одной из важнейших проблем теории экстракции является установление механизма массопередачи при экстракции. В работе Пратта рассматривается механизм процесса с точки зрения двухпленочной теории Льюиса и Уитмана, теории непрерывного обновления поверхности фазового контакта Данквертса и теории Кишиневского, основанной на преобладающем значении турбулентного массообмена. Оценивая эти теории, Пратт приходит к выводу, что ни одна нз них полностью не [c.129]

Таким образом, в отличие от пленочной теории Льюиса—Уитмена, теория Хигби уже учитывает геометрическую форму границы раздела фаз. Для определения коэффициента массопередачи Хигби в результате ассимптоти-ческого решения уравнения Фика получил выражение [c.16]

Согласно теории Уитмана и Льюиса, в ядре потока концентрахщя постоянная и процесс переноса описывается одномерным стационарным уравнением молекулярной диффузии в тонких пленках при условии фазового равновесия на границе раздела жидкость - жидкость или жидкость - газ. Скорость массопередачи по каждой из фаз определяется выражением (4.3), в котором частные коэффициенты массопередачи равны К1 =1)1/61 и К2 =02182, где >1, /)2, 51, 2 - коэффициенты диффузии и поперечные размеры пленок соответствующих фаз (см. рис. 4.1). Пленочная теория не дает методов для определения толщин пленок 5, и 62, которые зависят от физико-химических свойств жидкостей и гидродинамических условий протекаемых процессов. [c.173]

Модель массопередачи в системах с химической реакцией на базе двупленочной теории Уитмана — Льюиса [И, 12] была разработана Хатта [13] и Позиным [14]. Модель Хатта — Позина использовалась для описания процесса хемосорбции многими исследователями, и в некоторых частных случаях ее применение дает удовлетворительные результаты [15—18]. Тем не менее очевидно, что использование классической двупленочной теории [19] применительно к процессам хемосорбции на сферической границе раздела фаз не может дать надежных методов расчета аппаратуры. [c.231]

Существующие теории массопередачи ставят своей целью дать выражения для коэффициентов массопередачи или представить их как функции частных коэффициентов массоотдачи по каждой из фаз. Сюда относятся двухпленочная теория Льюиса и Уитмена, в соответствии с которой предполагается, что на границе раздела фаз со стороны, каждой фазы образуются ламинарные пленки, в пределах которых сосредоточено основное сопротивление массопе-ренЬсу, а коэффициент массоотдачи пропорционален коэффициенту диффузии в первой степени. [c.343]

В процессах экстракции происходит массопередача компонентов раствора из дисперсной фазы в дисперсионную среду и наоборот. Так же, как при теплопередаче, удобно считать, что сопротивление массопередаче сконцентрировано в тонкой пленке на поверхности раздела фаз. Можно также предположить, что концентрации компонентов раствора в каждой фазе у поверхности раздела близки к равновесным. Эти предположения легли в основу двухпленочной теории массопередачи Уитмана [211. [c.173]

В так называемой пленочной теории массообмена Льюиса и Уитмана (которой до последнего времени. пользовались ири исследовании диф-фузионных процессов) массообмен рассматривается как процесс, определяемый явлениями молекулярной диффузии но при этом не учитывается конвективный обмен, возникающий при взаимном течении двух фазовых потоков в колонных аппаратах. По этой теории возможность существования режима развитой турбулентности потоков в колонне исключается, поэтому и не указываются пути интенсификации диффузионной аппаратуры. [c.491]

Перенос компонентов соприкасающихся фаз идет до достижения между ними динамического равновесия. Явления, происходящие при абсорбции на границе раздела фаз, описывают на основе двухпленочной теории Уитмана [42], согласно которой изменение концентраций переходящего вещества происходит в тонких приповерхностных слоях (пленках) газа Рц и конденсированного вещества (рис.5.35). Принимают, что в приграничных пленках конвекция отсутствует, и массоперенос осуществляется исключительно за счет молекулярной диффузии, в то время как перенос из объема газа к пленке и от пленки в объем конденсированной фазы У происходит очень быстро (например, за счет турбулентной диффузии) Поэтому концентрации переходящего компонента у в объеме газовой фазы У , и х в объеме У считаются постоянными. В плёнке газа концентрация переходящего компонента падает до значения у на поверхности радела фаз 8, а пленка конденсированной фазы насыщается до концентрации х , причем сама поверхность 8 не оказывает сопротивления переходу компонента В пленке концентрация снижается до постоянного значения х вследствие распределения компонента в объеме У . Перенос продолжается до достижения равновесия, при котором химические потенциалы переходящего компонента в газовой и конденсированной фазах выравниваются. [c.326]

Если эффективность использования повышенного давления в процессах, протекающих с уменьшением объема, не вызывает сомнений, то в вопросе о целесообразности применения интенсивных гидравлических режимов реакционной аппаратуры встречаются противоречивые мнения. Согласно широко распространенной среди технологов пленочной теории Льюиса и Уитмана, турбулентная диффузия практически не участвует в массопередаче через пограничную пленку. Массопередача здесь осуществляется якобы за счет лишь молекулярной диффузии, причем коэффициент диффузии, толщина газовой и жидкой пленки по Льюису и Уитману не зависит от гидродинамических условий процесса. [c.8]

Так называемая пленочная теория массообмена Льюиса и Уитмана, которой пользовались до сих пор при исследовании диффузионных процессов, рассматривает процесс массообмена как процесс, определяемый явлениями молекулярной диффузии, не учитывая значения конвективного обмена, возникающего при взаимном течении двухфазных потоков в ко-лпичых аппяпятях. Эта теория исключает возможность существования режима развитой свободной турбулентности потоков в колонне и поэтому Не путей интенсификации диффузионной аппаратуры. [c.582]

Как указывалось нами ранее [1], основная формула пленочной теории Уитмана—Льюиса, связывающая общий коэффщиент массопередачи с частными, применима лишь в том случае, когда изменение концентрации экстрагируемого компонента происходит лишь в тонких пленках, примыкающих к границе раздела фаз. В этом случае процесс массопередачи можно считать квази-стационарным. Но для мелких капель в случае, когда лимитирующим сопротивлением является сопротивление диспергированной фазы, процесс массопередачи уже не является квази-стационарным. [c.18]

Связь общего коэффициента массопередачи с частными определяется, как известно, формулой аддитивности двухпленочной теории Уитмана — Льюиса [2, 3]. [c.39]

Планочная теория Нериста-Льюиса-Уитмена предполагает существование неподвияного слоя на границе раздела фаз и приводит к выводу о линейной зависимости между коэ )фициентоы массопередачи и коэффициентом молекулярной диффузии [c.42]

Первой попыткой такого рода была пленочная теория Уитмана и Льюиса [1—2]. В последнее время двухпленочная теория подвергалась серьезной критике. Поэтому некоторые авторы вообще ставили под сомнение возможность и целесообразность ее применения тем более, что до последнего времени не существовало прямых или достаточно обоснованных косвенных методов измерения частных коэффициентов массопередачи. [c.53]

Применение формулы аддитивности позволяет выделить в ряде случаев фазу, сопротивление которой является лимитирующим, что значительно упрощает изучение процесса. Именно в этом, как уже неоднократно подчеркивалось (см. например [47]), заключается рациональная основа теории Уитмана — Льюиса, которая с успехом применялась многими исследователями [31, 42, 48—53]. [c.58]

Следует отметить, что массопередача в каплю в общем случае и при лимитирующем сопротивлении диспергированной фазы является процессом нестационарным и формула аддитивности пленочной теории Уитмана-Льюиса [15, 16] к ней неприменима [17, 18]. В данном случае интенсивность массопередачи удобно характеризовать безразмерной степенью извлечения (насыщения) A t) и локальным (по времени) коэффициентом массопередачи K t), которые определяются соотношениями [c.85]

Простая физическая экстракция. Данные по массопереда-че, относящиеся к передаче растворенных веществ между двумя жидкими фазами, обычно интерпретируются на основе двухпленочной теории Уитмана . Согласно этой теории допускается, что сопротивление переходу вещества оказывают две неподвижные пленки, находящиеся с обеих сторон поверхности раздела, и что фазы на самой поверхности раздела находятся в равновесии друг с другом. Эта теория слишком упрощает механизм таких процессов, как газовая абсорбция или дистилляция, и тем более механизм массопередачи в системах жидкость—жидкость, когда условия еще больше усложняются вследствие наличия сил сцепления между фазами. Однако мы начнем рассмотрение процесса на основе теории Уитмана, а отклонения от двух ее основных допущений будут обсуждены ниже. [c.63]

Рис. 21. Градиенты концентраций у поверхности раздела на основе теории Уитмана

На диаграммах сплошные линии нанесены в соответствии с теорией Уитмана, а пунктирные—с теорией турбулентного переноса (случаи а и с). [c.64]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология