Явление гидродинамической диффузии

ЯВЛЕНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ДИФФУЗИИ [c.239]

Явление гидродинамической диффузии в сдвиговом потоке, а также возможные приложения рассмотрены в работе [71]. [c.240]

Движение частиц в процессе гравитационной седиментации можно рассматривать как явление самодиффузии, если распределение частиц в суспензии однородно. Неоднородность в распределении частиц приводит к явлению градиентной или обычной диффузии. Эксперименты [72] показали, что флуктуации скорости частиц достигают их средней скорости движения, причем иногда частицы движутся даже против силы тяжести. Сильная анизотропия гидродинамической диффузии приводит к тому, что коэффициент самодиффузии в направлении д равен D = 8at/, а в поперечном направлении D = 2aU, где а — радиус частиц, U — средняя скорость стесненного осаждения частиц. Отмечено также, что эффект самодиффузии заметно уменьшается, когда концентрация частиц становится больше 30 %. Самодиффузия наблюдалась также при осаждении тяжелой частицы в суспензии легких частиц. Если учитывать только парные гидродинамические взаимодействия частиц, то при стоксовом течении горизонтальная составляющая гидродинамической самодиффузии оказывается равной нулю [73]. Этот факт свидетельствует о том, что поперечная составляющая самодиффузии в суспензии вызвана, по-видимому, не парными, а многочастичными гидродинамическими взаимодействиями. [c.240]

Массо- и теплообмен в колоннах с насадкой характеризуются не только явлениями молекулярной диффузии, зависящей от физических свойств фаз, но и гидродинамическими условиями работы колонны, которые определяют турбулентность потоков. В зависимости от скорости потока в колонне возможны три гидродинамических режима ламинарный, промежуточный и турбулентный, при которых поток пара является сплошным, непрерывным и заполняет свободный объем насадки, не занятый жидкостью, в то время как жидкость стекает лишь по поверхности насадки. Дальнейшее развитие турбулентного движения может привести к преодолению сил поверхностного натяжения и нарушению граничной поверхности между жидкостью и паровым потоком. При этом газовые вихри проникают в поток жидкости, происходит эмульгирование жидкости паром и массообмен между фазами сильно возрастает. В случае эмульгирования жидкость распределяется не по насадке, а заполняет весь свободный объем ее, не занятый паром, и становится сплошной фазой, а газ—дисперсной фазой, распределенной в жидкости, т. е. происходит инверсия фаз. [c.329]

Первой гидродинамической моделью, предложенной для исследования процессов переноса, была модель, основанная на пленочной теории. Она предполагает, что вблизи поверхности раздела любой текучей среды имеется неподвижная пленка толщиной б, процессы переноса через которую происходят путем молекулярной диффузии. Условия в объеме рассматриваемой фазы должны быть постоянными с единственным исключением собственно пленки, так что общая движущая сила полностью используется явлением молекулярного переноса в пленке. [c.14]

Явления четвертого уровня иерархии определяют гидродинамическую обстановку в локальном объеме аппарата. Под локальным объемом понимается объем, который мал по отношению ко всему объему аппарата, но его размеры таковы, что в нем содержится достаточно много кристаллов дисперсной фазы. Основными количественными характеристиками данного уровня иерархии являются нормальные и касательные напряжения, значения деформаций и скоростей деформации, коэффициенты вязкости, диффузии, теплопроводности, скорость собственно кристаллизации и т. д. [c.10]

Все перечисленные физические явления могут наблюдаться в самых разнообразных процессах, различающихся как по природе химических реакций, так и по агрегатному состоянию исходных веществ и гидродинамической обстановке. Прежде всего следует различать гомогенное, гетерогенное и диффузионное горение. Гетерогенное горение происходит на поверхности раздела фаз. Одно из реагирующих веществ находится в конденсированной фазе, другое (обычно кислород) доставляется диффузией из газовой [c.263]

Турбулентная диффузия является следствием турбулентных пульсаций частиц потока, т. е. представляет собой чисто гидродинамическое явление. Для оптимальных условий работы массообменных аппаратов характерны режимы движения с изотропной турбулентностью, когда пульсации частиц одинаковы во всех направлениях. В качестве характеристики турбулентного потока используют путь смешения или масштаб турбулентности Ь и среднюю пульсационную скорость частиц потока и. Произведение этих величин по аналогии с молекулярной диффузией определяется как коэффициент турбулентной диффузии [c.47]

Вместе с тем перемешивание реагентов в аппаратах может оказывать неблагоприятное влияние на работу реактора. К таким отрицательным гидродинамическим явлениям в потоке реагентов относятся неравномерное распределение скорости в осевом (продольном) направлении случайное отклонение скоростей, возникающее в результате теплового движения турбулентные завихрения нарушение распределения скоростей вследствие молекулярной диффузии, особенно при ламинарном движении потока. [c.142]

Реальные каталитические процессы осуществляются в условиях, в которых наряду с закономерностями кинетики существенную, а иногда и преобладающую роль могут играть некоторые физические факторы, связанные с явлениями переноса. Такими факторами являются передача массы (диффузия) и тепла (теплопередача), зависящие, в частности, от гидродинамических условий осуществления процесса — характера движения реакционной системы, а также от свойств самого катализатора. [c.385]

Лазерными свойствами обладают и вязкие газодинамические течения, где за счет механизма диффузии и соответствующим образом подобранных химических реакций можно добиться получения эффекта инверсии и усиления [47]. Таким образом, в физической газовой динамике в самых различных течениях может иметь место сильная уровневая неравновесность. Это явление может быть использовано не только для селективного усиления или поглощения излучения, но и для диагностики течений, при выявлении характерных признаков потоков и т. д. Во внешних гидродинамических течениях этот эффект можно стимулировать электрическим разрядом, наружным дожиганием топлива и т. п. [c.123]

При изучении различных физико-химических явлений в потоках мы сталкиваемся с необходимостью учитывать влияние различных гидродинамических эффектов на процессы переноса. Различные вопросы физико-химической гидродинамики детально рассмотрены в монографии Левича [38]. Здесь мы лишь рассмотрим появление эффективного коэффициента, диффузии в задаче о продольном [c.55]

О 0,1 М) скорость обмена лимитируется стадией диффузии в зерне. Наконец, следует отметить, что на скорость пленочной диффузии влияют гидродинамические явления, например турбулентный характер движения раствора. Усиление перемешивания при статических процессах или увеличение скорости протекания при процессах в колонках приводят к уменьшению, в Известных пределах, толщины диффузионного слоя Нернста и, следовательно, к увеличению скорости диффузии. [c.92]

Под гидродинамической дисперсией понимается явление образования на границе раздела фильтрующихся жидкостей зоны смешения, растущей со временем. Гидродинамическая дисперсия имеет место при различных физико-химических и геохимических процессах, являясь одной из главных причин рассеяния химических элементов в фильтрующихся потоках. Гидродинамическая дисперсия при фильтрации однородных (с одинаковой плотностью и вязкостью) жидкостей рассматривается как результат неодинаковости частиц пористой среды и неравномерности их укладки, распределения скорости течения по поре, наличия Полостей, в которых происходит смешение, и молекулярной диффузии [Бэр Я. и др., 1971]. Считается, что за счет этих факторов некоторые частицы вытесняющей жидкости опережают поток, а другие, наоборот, отстают, в результате чего и формируется зона смешения двух жидкостей. [c.25]

Выше представлено описание группы явлений, наблюдаемых при проведении экспериментов по ЯМР-д с растворами диамагнитных белков. Следует подчеркнуть, что полученные результаты отражают влияние растворенного белка и суспендированных клеток на усредненную динамическую предысторию молекул растворителя. Авторы формулируют на основании этих данных точку зрения на гидратацию и взаимодействия растворитель— белок и белок — белок, которые имеют гидродинамическую природу в масштабах, сравнимых с размером белковой молекулы, и кинетическую природу на уровне атомных размеров. Гидратация, в той степени, в которой она отождествляется с особым слоем воды на поверхности белка, относится к молекулам воды с определенной геометрией. Предполагается, что эта геометрия согласована с возможностями образования водородных связей с аминокислотными остатками, выходящими на поверхность макромолекулы, но эти молекулы воды могут быстро обмениваться с объемной водой. Любое замедление движения молекул растворителя обусловлено пространственными затруднениями, возникающими при их диффузии вблизи поверхности молекулы белка, особенно вблизи полярных групп. Шкала времени имеет порядок 10 с. Хотя это время соответствует в 100 раз более медленному движению, чем движение молекул растворителя, оно все же достаточно мало по сравнению с соответствующими временами релаксации во много раз больших по своим размерам молекул белка. Авторы не обнаружили никаких признаков существования особых связывающих центров со значениями времен обмена больше 10 9 с. [c.181]

Поскольку первый член этого уравнения представляет гиперболическую, а второй — параболическую зависимость от то в целом функция о сначала убывает с уменьшением а затем проходит через минимум. Нетрудно понять, какие физические явления лежат в основе этой закономерности. При уменьшении размера зерна падает сопротивление массопередаче и, следовательно, уменьшается размывание пятна за счет кинетических факторов. Одновременно вследствие увеличения гидродинамического сопротивления слоя уменьшается скорость движения жидкости, увеличивается время опыта, а следовательно, увеличивается диффузия в подвижной фазе. Очевидно, что должен быть такой оптимальный размер зерна, когда суммарное влияние обоих факторов на размывание хроматографического пятна будет минимальным. [c.278]

Влияние таких конвекционных потоков обычно сводится к разрушению протяженных полей диффузии в маточной среде. Их сменяют диффузионные поля, сосредоточенные в относительно узком пограничном слое толщиной б, так что пересыщенный объем оказывается теперь совсем близко к поверхности раздела. Диффузия идет через этот пограничный слой, поэтому концентрационный и температурный градиенты около поверхности кристалла имеют более высокие значения, чем в отсутствие гидродинамического течения. Возрастают и скорости роста, если только рост лимитируется не одними кинетическими явлениями на фронте. Другим примером может служить сегрегация примеси на фронте кристаллизации, вызывающая ее накопление в расплаве перед фронтом. Образующаяся из такого загрязненного расплава часть кристалла имеет повышенное содержание примеси. Диффузия примеси в расплав от фронта кристаллизации может привести к некоторому снижению ее концентрации в этой области, уменьшая тем самым количество примеси в кристалле. Однако гидродинамическое перемешивание расплава [c.510]

В процессах химического превращения вещества, протекающих в реакторах, скорость собственно химической реакции не всегда определяет скорость превращения. Часто химической реакции сопутствуют теплообмен, перенос массы (диффузия),гидродинамические процессы (движение потоков, их взаимное перемешивание). Эти физические явления, как было уже сказано, в определенных условиях могут оказывать даже решающее влияние, и, следовательно, для правильного выбора технологических условий ведения процесса и его аппаратурного оформления необходимо знание основных факторов, влияющих на скорость химического превращения вещества. К таким факторам относятся прежде всего температура, давление и концентрация исходных продуктов. [c.465]

Из общего анализа теорий массопередачи следует, что коэффициенты. массоотдачи являются функциями двух групп параметров параметров, определяющих диффузионный перенос вещества к границе раздела фаз, и параметров, характеризующих гидродинамическое состояние границы раздела фаз. Если гидродинамические параметры в процессе многокомпонентной массопередачи оказывают такое же влияние на коэффициенты массоотдачи, как и для случая бинарных смесей, то диффузионные процессы переноса в многокомпонентных смесях имеют по сравнению с бинарными ряд специфических особенностей, к числу которых относятся прежде всего явления осмотической и реверсивной диффузии [181, 182]. [c.45]

Частицы кипящего слоя не располагаются на горизонтах, где гравитационные силы уравновешиваются динамическим давлением потока, но энергично перемещаются по всему объему слоя, практически независимо от того, где они поступили в слой. Очевидно, причиной перемещения частиц являются пульсации скоростей и давлений в слое, связанные с постоянным изменением сечения для прохода псевдоожижающей жидкости или газа между частицами. Если говорить более конкретно, то интенсивное перемешивание кипящего слоя определяется многими обстоятельствами и прежде всего тем, что центр приложения подъемной силы не совпадает с центром тяжести частиц, вследствие чего частицы начинают вращаться, чем меняется положение поверхности сопротивления. Наличие разности скоростей потока с разных сторон частицы вызывает образование силы давления, которая может быть направлена самым различным образом. Действие этих сил более ощутимо для частиц неправильной формы. Наконец, неравномерность работы и возникновение местных пульсаций скорости также могут воздействовать на перемещение частиц в сдое. Иными словами, движение частиц в кипящем слое связано с явлениями гидродинамического порядка в самом широком смысле этого слова. Именно поэтому кипящий (по внешнему сходатву) слой принято называть псевдоожиженным слоем. Вместе с тем нельзя отрицать и известную роль явления диффузии больших групп, влияющее на флуктуацию концентраций частиц в кипящем слое [325]. [c.491]

Согласно Эккерсу [23], приведенный выше принцип эксклюзии применим лишь в случае достаточно плотных гелей (например, сефадексов 0-75 и 0-100). Он считает, что в сильно набухающих гелях большее значение приобретает другое явление— ограниченная диффузия. Эккере предложил рассматривать два типа ограниченной диффузии. В первом случае исходят из того положения, что, чем меньше размеры молекул, тем выше вероятность их проникновения в поры геля. Второй тип диффузии основан на том предположении, что вещество, проникшее в поры геля, встречает возрастающее гидродинамическое сопротивление и, следовательно, характеризуется меньшим коэффициентом диффузии по сравнению с той частью вещества, которая находится в растворе. На основании этой гипотезы Эккере вывел следующую зависимость [c.239]

Одной из причин возникновения конвективных токов являются продольные градиенты поверхностного натяжения, а также градиенты плотности, появляющиеся при протекании хемосорбции. Явление поверхностной конвекции было обнаружено (20, 22, 37—39] при поглощении СОа водными растворами МЭА, ДЭА и др. Поверхностная конвекция наблюдается в пленочных и насадочных аппаратах [20], в ламинарных струях жидкости [42] в барботажных аппаратах ее влияние на массопередачу сравнительно невелико. Из сказанного выше следует, что коэффициент физической массоотдачи Рж должен быть определен при протекании хемосорбционного процесса, т. е. в идентичных гидродинамических условиях. Если объектом исследования является поглощение СО2 хемосорбентом, то величину р удобно определять по методу [36, 37], заключающемуся в десорбции N30 из раствора хемосорбеита. Поскольку коэффициенты диффузии N20 и СОз близки, то близки между собой и [c.68]

Еще более близкая к реальной структуре осадка схема изображена на рис. 2-6,0. Здесь осадок состоит из отдельных крупных частиц, каждая из которых представляет собой агрегат и более мелких частиц. В этом случае к явлениям, присущим схеме 2-6,6, добавляется вымывание фильтрата, из менисковых пленок между крупными частицами и из внутриагрегатных мелких непроточных пор. Процесс вымывания вещества в этом случае протекает под действием двух механизмов гидродинамического, когда основной 1 поток жидкости в проточных порах движется в поршневом режиме и наблюдаются перетоки и смешение жидкостей в крупных порах (конвективная диффузия), и диффузионного (мол1екулярная диффузия из тупиковых пор и пленок или десорбция с поверхности твердой фазы). Кривая 3, рис. 2-7, соответствующая этому процессу, отличается от кривой 2, так как отражает его замедленное окончание. Появляется так называемый диффузионный хвост . [c.54]

Внимание к диффузии в разбавленных растворах полимеров обусловлено большой ценностью информации которую дает этот метод для установления размеров, формы и гидродинамического поведения отдельных молекул в растворе . В ранних работах установле-" на практически линейная зависимость коэффициента диффузии от концентрации. Отклонение от нее наблюдали только для полимеров с небольшим молекулярным весом. В некоторых системах коэффициент диффузии с ростом концентрации увеличивается, в других — уменьшается. Установлено влияние молекулярного веса на концентрационную зависимость коэффициента диффузии. Чем больше молекулярный вес полимера, тем более резко выражена эта зависимость. Последующие работы установили более сложный характер явления. Кривая изменения коэффициента диффузии от концентрации имеет 5-образную форму. В идеальном растворителе (изопропаноле) коэффициент диффузии полибутилметакрилата не зависит от концентрации. Коэффициенты диффузии различных фракций одного и того же полимера, экстраполированные к нулевой концентрации высокомолекулярного компонента, уменьшаются с увеличением молекулярного веса. Для полимеров с молекулярным весом 10 —10 значение коэффициента диффузии имеет порядок 10 см /с. [c.31]

Одна из важнейших задач кинетики адсорбции — изучение механизма переноса сорбирующихся газов в пористых средах и установление количественных связей постоянной скорости переноса с физико-химическими свойствами вещества и структурой сорбента. Имеющиеся в литературе экспериментальные данные позволяют считать бесспорным тот факт, что скорость переноса сорбирующихся газов в микропорах больше скорости переноса несорбирующихся газов при прочих равных условиях [1—4Ь Для объяснения этого явления выдвинут ряд гипотез, которые можно разделить на две группы в соответствии с тем, относятся ли они к области малых, или к области больших заполнений сорбционного объема. В первом случае наиболее распространена гипотеза о поверхностной диффузии, во втором случае — гипотеза о гидродинамическом течении адсорбата по поверхности или в объеме микропор. [c.437]

Еше в 1925 г. в ыoнoгpaфии Л. Ф. Фокин указывал, что процессы фильтрования и, тем более, промывки осадка нельзя рассматривать как чисто механические процессы, основанные на задержании частиц большего размера, чем поры фильтруюн1его материала, что следует учитывать влияние капиллярных, электрокинетических явлений, 5 влений, связанных с адсорбцией мелких частиц и примесей, молекулярной диффузией, а также с изменениями структуры осадка, но до сих пор в курсах процессов и аппаратов химической технологии > > процессы разделения суспензий отнесены к гидродинамическим процессам. Даже такой сложнейший процесс, как промывка осадка, обычно сводится к простому вытеснению фильтрата из пор осадка промывной жидкостью. [c.8]

Книга X. Бояджиева и В. Бешкова, посвященная массопере-носу в движущихся пленках жидкости, отражает современное состояние этой быстро развивающейся области физико-химической гидромеханики и является весьма удачным введением в круг вопросов, относящихся к данной проблеме. Отобранный для нее материал ясно отражает глубокую взаимосвязь между гидродинамикой и кинетикой тепло- и массопереноса в пленках, существенно зависящей от режимов течения, а в ряде случаев, например при нелинейном массопереносе, в большой степени и определяющей эти режимы. В соответствии с этим строится и последовательность изложения. Вначале излагаются теоретические и экспериментальные данные о ламинарном, волновом и турбулентном течениях стекающих пленок и влиянии на них поверхностных явлений, таких, как движение окружающего газа, капиллярные волны и эффекты, связанные с наличием поверхностно-активных веществ. Далее на этой основе рассматривается кинетика массопереноса для всех указанных гидродинамических ситуаций. Здесь следует отметить большой личный вклад авторов в развитие теории массопереноса в пленках, особенно в решение задач нелинейного переноса, учитывающих взаимное влияние гидродинамики, процессов диффузии и химических превращений. [c.5]

Многие из рассматривавшихся здесь явлений можно отнести за счет большого коэффициента диффузии фонового электролита. Если коэффициенты диффузии реагента и фонового электролита приблизительно одинаковы, то вычисленные при некоторых гидродинамических условиях значения IlIId можно с небольшой ошибкой считать равными значению С/Сь в случае свободной конвекции. [c.412]

Все эти особенности химических реакций очень сильно зависят от пространственных и временных масштабов наблюдаемых явлений. Рассмотрим три процесса (гидродинамические моды) в их отношении к химии а) распространение звука, которое ответственно за механическое равновесие, б) теплопроводность, которая выравнивает температуру, в) диффузию, которая стремится уничтожить градиенты состава. Звуковые волны зависят от времени как ехр ik t — ТкЧ), [c.47]

Феноменологические соотношения диффузии в многокомпонентных системах были выведены Памфиловым, Лопушан-ской и Цветковой [43] на основе общих уравнений переноса массы (см. разд. 3.2.2). Концентрационная зависимость феноменологических коэффициентов была проанализирована Шонертом в работе [44], где эта функция представлялась рядом Тейлора. Шонерт [45а] показал, что процессы переноса гидратированных компонентов связаны между собой за счет гидратации, даже если между отдельными компонентами нет обмена импульсом. Недавно Кетт и Андерсон [456] на основе гидродинамической теории рассмотрели явление диффузии в многокомпонентных системах в отсутствие ассоциации. Были получены основные соотношения для потока каждого компонента и связь феноменологических и диффузионных коэффициентов. Из этой теории можно получить соотношение взаимности Онзагера. Кроме того, было показано, что феноменологические коэффициенты не зависят от величин активности. [c.210]

Как ранее было установлено Полиссаром [160], механизм поступательного движения ионов не является непрерывным движением в классическом гидродинамическом смысле, а представляет собой последовательность активированных перескоков. Подробно анализируя явление диффузии ионов, Самойлов [161] отметил, что самодиффузия ионов, аналогично самодиффузии чистых жидкостей, может протекать по двум механизмам (см, разд. 3.4.2). Эта аналогия подтверждается тем, что вряд ли структура разбавленных растворов отличается от структуры воды. Главная особенность диффузии ионов состоит в том, что отчасти процесс заключается в перескоке иона без его гидратной оболочки из временного равновесного положения в соседнее (для чего требуется энергия активации Ei), отчасти происходит перескок ионов вместе с гидратной оболочкой (см. разд. 3.4.2). Таким образом, коэффициент самодиффузии i-ro сорта ионов равен [c.289]

Если система находится в покое, то она, как правило, изотропна, поскольку частицы в ней расположены хаотически. Дезориентацию частиц вызывает броуновское движение частицы движутся не только поступательно, но и непрерывно меняют направление полуосей (вращательная диффузия). При течении системы частица движется поступательно со скоростью движения слоя жидкости, в которс м она находится и, кроме того, вращается вокруг своего центра тяжести в лeд твиe того, что она расположена а слоях жидкости, обладающих разли йЬши скоростями. Чем полнее гидродинамические силы преодолевают влияние броуновского движения, тем в большей степени достигается ориентация частиц в направлении течения. Эти зависимости позволяют наблюдать явление двойного лучепреломления, соответственно устанавливать изменение степени анизотропности системы и определять форму частиц. [c.311]

Последняя стадия наиболее продолжительна, поэтому для математического выражения скорости растворения соли исходят из представления о том, что процесс растворения сводится к диффузии растворяемого вещества из пограничной пленки в окружающую среду . Однако одного уравнения диффузии недостаточно для описания явлений, происходящих при растворении соли, для этого должны учитываться также гидродинамические условия, влияние силы тяжести, вязкости раствора . В литературе имеются указания, что плавленая поваренная соль растворяется медленнее природной соли , а синтезированная поваренная соль — быстрее природной каменной соли . Однако в результате тщательно проведенных экспериментов было найдено, что природа соли не влияет заметно на скорость ее растворения. Так, каменная соль Артемовского месторождения, самосадочная баскунчакская соль и прессованная при 1500 ат соль показали примерно одинаковые скорости растворения, что свидетельствует о диффузионном характере растворения . На рис. 7 показана зависимость скорости растворения Na l от температуры. [c.33]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология