ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Диффузионные процессы

Перемешивание ускоряет физические процессы переноса теплоты и массы в системе. Поэтому перемешивание реагентов можно считать также одним из основных способов увеличения скорости химического процесса. В зависимости от агрегатного состояния взаимодействующих веществ влияние перемешивания на интенсификацию процесса может быть различно. Так, в гомогенных процессах основное значение усиления перемешивания состоит в быстром выравнивании концентрации и температуры реагирующих веществ в объеме и увеличении числа столкновений химически взаимодействующих молекул. В гетерогенных процессах, особенно протекающих в диффузионной области, основное значение перемешивания состоит в создании высокоразвитой поверхности контакта взаимодействующих фаз, в быстром обновлении этой поверхности, в ускорении процессов тепломассопереноса в реакционном объеме. [c.470]

На рис. 2.6 приведены концентрационные зависимости уСк) для различных значений фактора нелинейности т. Ясно видно, как все более крутым становится фронт сорбционной волны с возрастанием т. Сравнение с численным решением показывает практически точное совпадение кривых, построенных по формуле (2.1.42) и полученных в [17], когда параметр т > 2,5. Некоторое расхождение при т, близких к единице, объясняется тем, что классическое решение линейного уравнения диффузии при т=1, из которого следует бесконечная скорость распространения возмущения, находится в противоречии с понятием о физическом механизме диффузионного процесса. [c.41]

Гидродинамическое представление диффузионных процессов может быть строго выведено из кинетического уравнения Больцмана посредством усреднения по импульсам. Полное усреднение по импульсам всех частиц дает уравнение сохранения импульса для смеси в целом, из которого в гидродинамическом приближении получается уравнение Эйлера. При усреднении же только по импульсам каждого компонента приходят к системе уравнений переноса импульса, в которые входит тензор напряжений. Если в этом тензоре пренебречь силами вязкости, а давление считать изотропным, то он сводится к градиенту скалярного давления, и получается система уравнений многокомпонентной гидродинамики в виде (IV, 84), которую мы рассмотрим ниже. Для стационарных процессов (без ускорений, т. е. сил инерции) она переходит в систему (IV, 46). Физическая кинетика дает возможность включить в уравнения гидродинамического представления также и силы вязкости, как это сделано в работе [10], посвященной специально влиянию вязкого переноса импульса на диффузионные процессы. Для химических процессов, которые нас [c.187]

Несмотря на то что большинство промышленных пламен относится к турбулентному диффузионному типу, химия диффузионных пламен изучена еще недостаточно. Устойчивость, форма и яркость этих пламен определяется главным образом физическими процессами турбулентной диффузии. Показано, что в установившемся режиме горения топливо и кислород не находятся в контакте друг с другом, а разделены пограничным слоем, в котором концентрация каждого из них снижается до нуля. Реакция протекает на обеих поверхностях этого горячего слоя, и общий механизм горения углеводородных топлив, по-видимому, сводится к образованию углерода (путем пиролиза) на внутренней стороне пограничного слоя и образованию активных радикалов (вероятно, гидроксильных) на его наружной стороне. Таким образом, частицы, реагирующие между собой в пограничном слое, не являются исходными реагентами. Детали механизма горения в диффузионном пламени пока не выяснены, хотя число работ, посвященных изучению физической картины процесса смесеобразования , очень велико. Некоторые проблемы, относящиеся к практическим диффузионным пламенам, обсуждаются ниже. [c.556]

Изменение состава сополимеров МАН и МАК в данном случае, когда сополимеризация протекает как в гомофазных (в чистых растворителях) так и в гетерофазных (смеси оснований Льюиса с водой) условиях, можно объяснить различными структурно-физическими и диффузионными процессами, усложняющими однозначную интерпретацию. [c.25]

Из физической картины диффузионных процессов ясно, что если внешняя диффузия определяет скорость адсорбции, то кинетика будет существенно зависеть от скорости воздушного потока, обдувающего зерна адсорбента. Если же внутренняя диффузия определяет процесс адсорбции, то кинетика не зависит от скорости потока. [c.54]

Явления горения, определяемые (управляемые) физическими процессами. Скорость протекания процессов, рассматриваемых в предыдущих главах, можно было рассчитать без точного знания кинетических констант достаточно было полагать, что реакция может дойти до конца. Про горение такого типа говорят, что оно определяется физическими процессами. Примерами являются горение капли, горение в ракетном двигателе, ламинарные и турбулентные диффузионные пламена. Они очень распространены в технике. [c.142]

Все следующие явления могут классифицироваться как явления, определяемые физическими процессами, за исключением горения капли жидкого топлива, впрыснутого в камеру ЖРД, при ее равновесной температуре (А) горения капли жидкого топлива, впрыснутого в камеру ЖРД с начальной температурой, которая ниже равновесной температуры (Б) турбулентного диффузионного пламени в промышленной печи (В) наружного пламени горелки Бунзена, в которую подается топливовоздушная смесь (Г) внутреннего пламени, горелки Бунзена, в которую подается топливовоздушная смесь (Д). [c.147]

Процесс ректификации предназначен для разделения жидких неоднородных смесей на практически чистые компоненты или фракции, которые различаются по температуре кипения. Физическая сущность ректификации, протекающей в процессе перегонки нефти, заключается в двухстороннем массо- и теплообмене между потоками пара и жидкости при высокой турбулизации контактирующих фаз. В результате массообмена отделяющиеся от горячей жидкости пары обогащаются низкокипящими, а жидкость — высококипящими компонентами. При определенном числе контактов между парами и жидкостью можно получить пары, состоящие в основном из низкокипящих, и жидкость — из высококипящих компонентов. Ректификация, как и всякий диффузионный процесс, осуществляется в противотоке пара и жидкости. При ректификации паров жидкое орошение создается путем конденсации части парового потока вверху колонны, а паровое орошение при ректификации жидкости — путем испарения части ее внизу колонны. [c.49]

Основные вопросы химической технологии включают физические процессы (гидро- и аэродинамические при транспортировании, смешении жидкостей и газов), процессы передачи тепла, диффузионные процессы — фракционирование, абсорбция, адсорбция, экстракция [c.11]

Кислород и углеводород представляют собой двухфазную систему. Окислению предшествует растворение О2 в углеводороде. Если процесс растворения происходит очень быстро, то окисление протекает в кинетическом режиме, и процесс растворения никак не отражается на реакции окисления. Скорость растворения О2 при любых способах перемешивания жидкости прямо пропорциональна парциальному давлению кислорода. Снижение парциального давления кислорода замедляет его растворение, и при малых Р02 процесс может перейти в диффузионный режим, когда не химическая реакция, а физический процесс растворения лимитирует окисление. В общем виде окисление в двухфазной системе может быть представлено схемой [c.36]

Диффузионное уравнение (4.14) весьма похоже на кинетическое (4.13), разница состоит лишь в том, что перед концентрацией Н появился коэффициент 0,82 постоянная а -= гT d заменена постоянной Ф = Ок 1(Р, и уравнение относится к среднему значению Н. Эта формальная разница отражает разницу реальных физических процессов и показывает, что поведение системы в случае ее разбавления, например, инертным газом будет существенно зависеть от того, в какой области протекает процесс. Если процесс протекает в кинетической области, то разбавление не повлияет на период задержки воспламенения, который определяется лишь парциальным давлением смеси На—О . В диффузионной же области разбавление должно затянуть период индукции Т из-за понижения коэффициента диффузии О = Од/Р. Этот вывод подтвержден экспериментально [39, 53]. [c.299]

Еслп оперировать единственно общепринятыми в настоящее время терминами кинетическая и диффузионная области , то следует все физико-химические процессы разбить на две неравные группы. При этом термин кинетическая область обозначает, что скорость возникновения энтропии лимитируется скоростью химического взаимодействия. Термин же диффузионная область означает, что скорость возникновения энтропии лимитируется скоростью одного из физических процессов. Вопрос о том, какой именно из физических процессов является в этом случае лимитирующей стадией, представляет самостоятельную задачу. Практически кинетическая область имеет место, когда все физические процессы протекают вблизи от равновесия. Обычно при этом имеют в виду наличие теплового и фазового равновесия. Диффузионная же область имеет место вблизи от положения химического равновесия в реакционной фазе. [c.18]

Выше уже говорилось о так называемых кинетической и диффузионной областях протекания процесса. Когда-то использование кинетического приближения было обусловлено отсутствием других возможностей расчета слог-кных химических реакторов. И сегодня в тех случаях, когда мы не имеем возможности разобраться в сложных физических процессах, вполне закономерно в качестве нулевого приближения использовать представление о кинетической области протекания процесса. Однако широкое использование кинетического приближения в настоящее время уже ничем не оправдано. [c.21]

Математическая модель реактора может быть полная и приближенная. Полная модель, как только что отмечалось, является математическим отображением физико-химической модели реактора. Приближенные модели не учитывают в полном объеме физические процессы, протекающие в реакторе (кинетическое приближение), или химические процессы (диффузионное приближение). [c.23]

Переход экстрагируемых компонентов из исходного раствора в растворитель происходит вследствие разности концентраций, и поэтому данный процесс относится к числу диффузионных. Перемещение молекул целевого компонента происходит до тех пор, пока концентрация не достигнет некоторой предельной величины, которая определяется как состояние физического равновесия. В связи с этим теория процесса экстрагирования основывается на законах, относящихся к явлению растворимости, состоянию межфазного равновесия и диффузии, по аналогии с теоретическим обобщением закономерностей таких известных и широко распространенных диффузионных процессов, как абсорбция и ректификация. [c.9]

Стратегия системного подхода к исследованию диффузионных процессов основана на предварительном анализе априорной информации о физических особенностях процесса и качественном анализе структуры математических зависимостей, которые могут быть положены в основу описания процесса массообмена на тарелках барботажного аппарата. Процесс массопередачи включает рассмотрение его на микро- и макроуровнях (молекулярное и макромолекулярное взаимодействие). [c.103]

Все аппараты, входящие в технологическую схему, могут быть разделены на две группы к первой относятся аппараты, в которых происходят физические процессы (механические, гидро- и аэродинамические, тепловые п диффузионные), ко второй — аппараты, в которых происходят собственно химические процессы (реакторы). [c.11]

По своей природе различают два вида абсорбции физическую, при которой извлечение компонентов из газа происходит благодаря их растворимости в абсорбентах и химическую хемосорбцию), основанную на химическом взаимодействии извлекаемых компонентов с активной частью абсорбента. Скорость физической абсорбции определяется диффузионными процессами, скорость хемосорбции зависит от скорости диффузии и химической реакции. [c.192]

Общие основы онределения времени сушки как нестационарного диффузионного процесса с участием твердой фазы были изложены ранее (см. стр. 37—39). Физические величины, необходимые для численного использования критериальных зависимостей, находят экспериментально. [c.307]

ВМС в нефтяной системе, обладая свойствами коллоидных растворов (способность к образованию ассоциатов, коагулированию, диффузионным сопротивлениям при осуществлении физических и химических процессов и др.), имеют специфические особенности (самопроизвольное образование растворов ВМС из ассоциатов, высокая степень устойчивости). [c.36]

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Как будет показано ниже, удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружащую среду. Таким образом, процесс сушки является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена). [c.583]

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]

Встречаются, однако, реакции, протекающие практически без энергии активации. К ним относятся рекомбинация ионов, атомов и свободных радикалов. Такие реакции протекают очень быстро со скоростью, близкой к скорости диффузионных встреч в жидкости, их называют быстрыми или диффузионно-контролируемыми реакциями, скорость которых зависит уже от физического процесса диффузии частиц-реагентов в растворе. Константу скорости поступательной диффузии выражают через коэффициенты диффузии реагентов Da и Db следующим образом (г в см, D — в см с ) [c.117]

Скорость таких реакций в отличие от гомогенных зависит как от химических, так и от физических факторов. К первым относится темп взаимодействия на границе фаз, ко вторым — величина поверхности раздела фаз и быстрота переноса вещества из объема к поверхности раздела фаз и от нее в объем. Процесс можно расчленить на три последовательные стадии — диффузия реагента (реагентов) к зоне взаимодействия, химическая реакция, удаление продукта (продуктов ) процесса. Диффузионный поток будет тем интенсивнее, чем больше окажется разность между концентрацией реагентов в данной точке Со и в зоне взаимодействия а также коэффициент диффузии О и чем меньше толщина слоя б, через который совершается массопере-дача. Если за рассматриваемый промежуток времени расходуется столько данного вещества (веществ), сколько доставляется его к поверхности раздела фаз (стационарный режим), то [c.153]

Физические процессы установления связей и последующей диффузии используются в машиностроении для получения неразъемных соединений (сварка в твердом состоянии, диффузионная сварка и т. д.). [c.186]

Химическая реакция взаимодействия водорода с углеродом стали осложнена целым рядом физических процессов. Так, при обезуглероживании стали протекают как диффузионные процессы, так и химические. Однако, как было отмечено выше, скорость проникновения и насыщения стали водородом, т.е. диффузионные процессы, не определяют скорость обезуглероживания. Скорость диффузии углерода в зоне реакции (границы зерен металла) на первый взгляд, также могла бы быть лимитирующей стадией в процессе обезуглероживания стали, особенно в области сравнительно низких температур, когда коэффициент диффузии углерода имеет небольшие значения. Однако и это не согласуется с экспериментальными наблюдениями. [c.168]

Превращение углеводородного сырья протекает в одну (физический процесс) или в две (физико-химический процесс) стадии. На первой стадии нефтяные системы могут расслаиваться на фазы (термо- или автодеасфальтизация). Чем неустойчивее система, тем она быстрее расслаивается. Скорость деасфальтизации на этой стадии определяется диффузионными факторами — вязкостью среды, радиусом диффундирующих частиц, расстоянием, на котором действуют силы притяжения, температурой. Наличие активной поверхности (добавка в систему твердой фазы) интенсифицирует процесс деасфальтизации (происходит гетеродеасфальтизация). [c.153]

Методы расчета диффузионных процессов и аппаратов химической технологии излагаются более подробно в специальных курсах (например, [11, 121), снабженных обширной библиографией. Изложенная в настоящей главе стационарная модель, строго говоря, соответствует случаю пленочного течения жидкости. Для интенсивных процессов, где жидкость разбивается на отдельные капли, физическая картина явления ближе к нестационарной модели обновляющейся поверхности, развитой Кишиневским [81 и другими авторами. То же относится и к процессам, в которых газ разбивается на отдельные пузырьки, пробулькивающие сквозь жидкость (барботаж). Работу Кишиневского, который пользовался операторным методом (преобразованием Лапласа), мы уже излагали в главе II. Более подробные сведения по этому вопросу с указанием соответствующей литературы можно найти в книге Кафарова [И]. [c.168]

Однако большинство конструкционных и пленочных полимерных материалов эксплуатируется в условиях напряженно-деформированного состояния при малых упругоэластических деформациях. Количественная интерпретация наблюдаемых эффектов уменьшения или увеличения проницаемости при деформации полимерных образцов в свете современных физических теорий диффузионных процессов в литературе практически отсутствует. [c.74]

Учитывая, что исходное сырье представляет собой сложную систему как в химическом, так и в физическом отношении, а все основные и побочные реакции протекают на поверхности полидисперсных катализаторов в условиях нарастающей дезактивации, исследование проблем кинетики процессов каталитического гидрооблагораживання остатков строится на двух уровнях теоретических представлений. На первом уровне не учитывается гетерогенность протекания процесса, т. е. используются формальные подходы гомогенного катализа, основанные на различных эмпирических моделях, описывающих формальную кинетику основных реакций [55]. На втором уровне используются макро-кинетические методы гетерогенного катализа с учетом закономерностей диффузионных процессов, протекающих на зерне и в порах катализатора и использующих математические модели, связьшающие материальные балансы изменения концентраций реагентов с диффузионными характеристиками зерна и сырья, объединенные известными приемами. диффузионной кинетики [27]. [c.70]

VIII-1-4. Быстрые реакции. В этом случае реакция в пленке протекает в заметной степени, и скорость абсорбции существенно больше скорости физической абсорбции при тех же А и Л . Наиболее важный вывод, который можно сделать применительно к насадочным колоннам на основе проведенного в главе VI обсуждения процессов в проточных абсорберах, заключается в том, что если реакция достаточно быстра для существенного ускорения абсорбции по сравнению с чисто физическим процессом, то концентрация растворенного газа в массе жидкости будет близка к равновесному значению по отношению к условиям в этой массе. В то же время, если концентрация растворенного газа в массе жидкости существенно выше равновесного значения, то абсорбция лимитируется физической массоотдачей. Этот вывод связан с принятием условия о значительном превышении объема жидкости над объемом диффузионной пленки. Как было показано выше, такое условие, по-видимому, выполняется для насадочных колонн. [c.191]

Физическая диффузия. Эта теория сформулирована в 1923 г. Унтмэном [66, 1201 для всех диффузионных процессов. Теория основывается на трех предпосылках [c.62]

В последние годы для моделирования процесса регенерации на уровне зерна активно разрабатывается диффузионная модель [150, 151, 153]. Уравнения материального баланса данной модели учитывают свободную диффузию кислорода в порах зерна одновременно протекают химические реакции, в которых кислород расходуется. Из физических соображений диффузионная модель представляется более строгой в сравнении с моделью послойного горения. Для диффузии кислорода нет никаких преград в виде некоторым образом локализованной узкой реакционной зоны. Поэтому нет необходимости привлекать дополнительные предположения для вывода уравнения движения зоны рюакции. Несмотря иа более простую постановку задачи, диффузионная модель включает в себя модель послойного горения как предельный случай. Действительно, всегда можно выбрать такие условия, что выжиг кокса будет проходить практически послойно. Именно это и было показано в работе [153]. [c.71]

Несмотря на различную физическую сущность этих процессов, для них характерно уменьшение скорости по сравнению со скоростью молекулярной диффузии в аналогичных случаях. Поэтому в научно-технической литературе при описании указанных процессов пользуются термином стесненная диффузия . Стеснение объясняется механическим преграждением диффузионного потока самим скелетом твердого пористого тела и сопротивлением движением молекул, обусловленным непосредственной близостью этих молекул к неподвижным стенкам, образуемым пopи тoii средой. [c.273]

Дальнейшие исследования показали, что теория Нернста не вполне соответствует действительности. Вычисленная на основе рассмотренных формул толщина диффузионного слоя б оказалась настол1,ко большой (порядка миллиона молекулярных слоев), что нельзя считать его невовлекаемым в процесс перемешивания. В действительности перенос вещества между поверхностью раздела фаз и их внутренними участками обеспечивается не только молекулярной диффузией, но и конвекцией, связанной с движением слоев вещества (конвективная диффузия). Поэтому распределение концентрации в слое у поверхности раздела фаз не должно подчиняться линейному закону. Кроме того, несмотря на то что формула (XIХ.15) во многих случаях практически выполняется, входящая в постоянную к = величина б не имеет определенного физического смысла и не соответствует действительному око-лоповерхностному слою она может быть названа лишь эффективной толщиной диффузионного слоя. Величина б равка толщине воображаемого диффузионного слоя, который в соответствии с изложенными взглядами Нернста обеспечивал бы доставку веществ к поверхности раздела фаз лишь путем молекулярной диффузии. Расчеты, проведенные для отдельных случаев конвективной диффузии, показали, что эффективная толщина диффузионного слоя зависит от характера движения перемешиваемых фаз (отсутствие или наличие завихрений, скорости перемешивания) и от свойств веществ. [c.263]

Из простых физических соображений следует, что в начальный момент времени (при i= 0) выходная концентрация целевого компонента в газе равна нулю. Во все последующие моменты времени t > О выходная концентрация отлична от нуля. Этим переходный процесс в абсорбере, описываемом диффузионной моделью, отличается от переходного процесса в абсорбере, описываемом моделью идеального вытеснения. Из выражения (5.1.11) для весовой функции 11(1 ) и аналогичного выражения для переходной функции [см. выражение (4.3.71) для переходной функции huit) противоточного теплообменника] следует, что на выходе абсорбера, описываемого моделью идеального вытеснения, переходный процесс начинается с запаздыванием на величину to, т. е. при использовании модели идеального вытеснения hi (t) = 0 при О / Сто- В противоположность этому в абсорбере, описываемом диффузионной моделью, переходной процесс на выходе аппарата начинается без запаздывания. За счет продольного перемешивания целевой компонент, внесенный газом в момент t=0, мгновенно распределяется по всему объему абсорбера, и поэтому во все моменты времени при t > О его концентрация на выходе отлична от нуля. Необходимо учитывать что в реальных абсорберах даже при наличии интенсивного продольного перемешивания переходной процесс на выходе начинается с некоторым запаздыванием. Это связано с тем, что однопараметрическая диффузионная модель не учитывает ряда физических факторов, влияющих на процесс, протекающий в абсорбере. Поэтому проведенные рассуждения являются строгими только для соответствующего [c.216]

Процессы физической переработки природных газов, процессы кондепсацпи (сжижения), абсорбции, ректификации, адсорбции связаны с переходом вещества из одной фазы в другую, с явлением массообмена или диффузии и поэтому получили название массообжн-ных или диффузионных процессов. [c.40]