Химические потоки и силы

В качестве потоков принято 1г = — поток вязких напряжений в сплошной фазе (тензор) /xl=f, 2, — поток силы механического взаимодействия между фазами (вектор) /х2 = дТ — поток тепла внутри несущей фазы (вектор) /хз = д2 — поток тепла внутри дисперсной фазы (вектор) /х, +3 = ] — диффузионный поток А-го комнонента в фазе 1 (вектор) /х, я+ +з = ]2 — диффузионный поток А-го компонента в фазе 2 (вектор) — интенсивность теплообмена (контактного) между фазами (скаляр) 7у,г+1 = 1 , — скорость г-й химической реакции в фазе 1 (скаляр) /у, лг+г+1 =/<2г) — скорость г-й химической реакции в фазе 2 (скаляр) 1у,21 +кА = 1к(т — поток А-го компонента через границу раздела фаз в направлении 1 -> 2 (скаляр) /к, 2Л +я+й+1 = / (21) — поток к-то компонента через границу раздела фаз в направлении 2- 1 (скаляр). [c.58]

Однако не все частицы, осаждающиеся на волокнах, удерживаются на них. Некоторые частицы могут быть увлечены вязким потоком газа. Вероятность удержания частицы на поверхности волокна определяется соотношением между силами сцепления частицы с поверхностью волокна и интенсивностью потока. Сила сцепления, как уже говорилось, зависит от физических и химических свойств частиц пыли и волокна, а также площади их контакта. С другой стороны, увлекающая сила пропорциональна диаметру частицы, вязкости и скорости газового потока, т. е. увеличение бо, гг и л способствует срыву частиц с поверхности волокон. [c.20]

Согласно основным положениям неравновесной термодинамики каждый из необратимых процессов возникает в системе в результате действия связанной с ним силы. Следуя терминологии, принятой в неравновесной термодинамике, скорости реакций (III.24) и (III.25) есть химические потоки. Они возникают под действием сил и А , именуемых сродствами реакций (111.24) и (111.25), соответственно. Когда состояние системы характеризуется с помощью набора независимых переменных Т, Р, li, и термодинамическим потенциалом служит свободная энтальпия G = G Р, Т, gj)- Сродства реакций (111.24) и (111.25) представляют собой частные производные [c.41]

ХИМИЧЕСКИЕ ПОТОКИ И СИЛЫ [c.181]

Феноменологические уравнения. Выше было принято, что реакции (VII.1) элементарные, и были приведены примеры таких реакций в жидком броме. Если система неравновесная, то степени полноты элементарных реакций представляют собой независимые переменные (см. 7). Скорости элементарных реакций ta непосредственно не зависят друг от друга. Каждый химический поток а, представляет собой функцию сопряженной с этим потоком термодинамической силы Разлагая функцию 1 = / ( а) в ряд около точки, соответствующей термодинамическому равновесию, и ограничиваясь линейным членом ряда, получаем [c.238]

Если химические потоки 1,2, и силы линейно независимы, т. е. феноменологические коэффициенты р равны нулю при а Ф и все производные дА тоже равны нулю при ф у, то при х = Хо и У = Уо система уравнений (VII.25) решается просто. Уравнения (VII.25) разделяются на г независимых дифференциальных уравнений [c.241]

Здесь г=о — вектор-столбец, компонентами которого служат степени полноты 1а в момент начала отсчета времени = 0 — вектор-столбец, компонентами которого служат те же степени полноты в момент времени / > 0 [ехр —LPt)] — матрица, с помощью которой выполняется преобразование вектора Элементы этой матрицы легко определяются лишь в только что рассмотренном случае, когда все химические потоки и силы линейно независимы. Тогда недиагональные элементы матриц Ь и Р равны нулю. Поэтому матрица ЬР диагональная, ее диагональные элементы равны т Д,. И матрица [ехр —LPt)] также диагональная, ее элементы представляют собой экспоненциальные функции от элементов матрицы (—ЬРГ), т. е. ехр (—//т д.у). [c.242]

Следовательно, матрица Ь симметрическая, т. е. = /,. В неравновесной термодинамике доказывается, что производство энтропии П (см. 27) есть билинейная форма потоков и сил. В случае химических потоков и сил производство энтропии [c.246]

Показано, что в случае несопряженного транспорта и химических реакций силы могут быть ограничены правильными траекториями , обеспечивающими линейное поведение. С этой целью проводится различие между термодинамической линейностью, которая подразумевает линейную зависимость потоков ст термодинамических сил, плавно приближающих к равновесию, и кинетической линейностью, которая не обязательно характеризуется этим свойством. Правильные траектории связаны с термодинамической линейностью. [c.115]

Обычно при моделировании процессов химической технологии лабораторные исследования и опытные испытания проводят со значительно меньшими объемами испытуемых продуктов, чем в промышленных условиях, и аппаратура также применяется меньших размеров. Так, фильтры для лабораторных исследований имеют поверхность фильтрации около 100 см фильтры для опытных испытаний — до 1 м , а промышленные — свыше 100 м . Применительно к магнитным аппаратам уменьшение рабочих параметров недопустимо. На стадиях лабораторных и опытных испытаний индукция, скорость потока, сила Лоренца и т. д. должны быть такими же, как и в промышленных условиях. В то же время объем испытуемого раствора, очевидно, будет меньшим, следовательно, уменьшатся скорость потока и сила Лоренца. Поэтому необходимо использовать насосы, которые смогут поддержать цир куляцию обрабатываемого раствора с той же скоро стью, какая предполагается в промышленных условиях [c.137]

Решая задачу движения несжимаемой сферы газового пузырька в жидкости в поле центробежных сил с наложением гармонической нестационарности, удалось получить зависимость радиуса зависания пузырьков газовой фазы в рабочем колесе АГВ с конкретными конструктивными параметрами в зависимости от физико-химических характеристик газожидкостного потока [c.139]

Колонные аппараты, широко применяемые в химической технологии для проведения процессов контактного тепло- и массообмена, а также химических превращений, работают обычно в режиме встречного движения взаимодействующих потоков жидкостей, газов (паров) и зернистых материалов. При таком направлении потоков, как известно, наиболее полно используется движущая сила протекающих физических и больщинства химических процессов. [c.8]

Встречное движение взаимодействующих потоков в аппарате, однако, неравноценно идеальной схеме противотока. В реальных аппаратах встречное движение потоков характеризуется неравномерными профилями скоростей по сечению, сопровождается механическим уносом легкой фазы более тяжелой фазой и, наоборот, продольным переносом тепла и массы и, следовательно, неодинаковым временем пребывания частиц обоих потоков в рабочем объеме. Отклонение от режима идеального противотока ведет к. уменьшению движущей силы процесса обмена или химического превращения и соответствующему понижению эффективности колонных аппаратов. [c.8]

В ходе любой химической реакции чисто качественно можно выделить следующие характерные области (рис. 13) начальное состояние неустойчивого (ложного) равновесия А), неравновесную область, в которой допустимо линейное приближение (2), неравновесную область нелинейного взаимодействия термодинамических сил и потоков (3), неравновесную фазу, в которой опять допустимо линейное приближение зависимости сил и потоков (4), конечное устойчивое (или истинное) равновесие (В). Начальное равновесное состояние является неустойчивым (ложным) в том смысле, что хотя в этом состоянии скорость процесса и = О, химическое сродство не только не равно нулю, по и максимально, и при у создании подходящих условий (инициировании процесса тем или иным способом) система начинает реагировать. В отличие от начального конечное состояние в этом смысле является не только равновесным, но и устойчивым, поскольку выполняется условие г/7 = О, = О [5]. [c.99]

Всякое воздействие со стороны окружающей среды на ФХС с феноменологической точки зрения есть нарушение равновесия или отклонение от установившегося стационарного состояния (химического, теплового, механического, электромагнитного). Возникшие неравновесности или отклонения от стационарности порождают соответствующие и движущие силы, которые, в свою очередь, приводят к появлению потоков субстанций. Потоки субстанций изменяют физико-химические характеристики системы так, чтобы достичь равновесия или стационарности (если это возможно) при новых условиях взаимодействия с окружающей средой. Эта цепь причинно-следственных отношений между явления ми лежит в основе поведения всякой ФХС. При формализации ФХС весьма эффективным приемом является причинный анализ, согласно которому построение теоретических представлений системы связывается с графическим отображением взаимовлияний между элементами системы в виде диаграмм, отражающих характерные особенности и формы функционирования системы. Принципы и методы построения таких диаграмм могут быть различными [20, 21]. [c.32]

Термодинамические потоки /1 и /2 характеризуют скорости сопряженных процессов переноса массы, сорбции или химического превращения и могут быть представлены комбинацией линейных функций движущих сил [c.17]

Ранее было получено уравнение (1.18) для коэффициента ускорения массопереноса, при этом предполагалось, что результирующий поток при сопряжении I и независимый поток /, сравниваются при одинаковой движущей силе X, равной разности химических потенциалов газа в напорном и дренажном каналах. Если использовать допущение о локальном равновесии фаз и выразить движущую силу поверхностной диффузии через состояние газовой фазы, то очевидно = Тогда коэффициент ускорения окажется функцией степени сопряжения у. и феноменологической стехиометрии 2 (см. уравнения (1.11)) [c.68]

В изотермических процессах без химических превращений при Т=Тср диссипативная функция и, следовательно, плотность потерь эксергии, равны сумме произведений плотностей потоков массы Л и импульса Р,/ на соответствующие движущие силы [c.241]

Уравнение (7.43) определяет движущую силу диффузионного переноса к-то компонента как разность внешней массовой силы Рй, воздействующей на частицы сорта к, и градиента химического потенциала этого компонента [г. Диффузионный поток находится по уравнению Фика. [c.241]

Можно допустить, что термодинамическое совершенство процесса разделения в реакционно-диффузионных мембранах также окажется функцией величин Ф,, а,/, х и 1Х Аг. Если использовать значения ац и Л1 = Ф,Л,-, то потери эксергии в мембранах такого типа можно вычислить по уравнениям (7.47) и (7.52), эксергетический к. п. д. проницания по соотношениям (7.54) —(7.56), (7.64) и (7.66), приведенные плотности проникшего целевого и суммарного потоков — по уравнениям (7.58), (7.59) и (7.67), состав проникшего потока по выражениям (7.62) и (7.65). Применимость соотношений несопряженного массопереноса для расчета эффективности разделения в реак-ционно-диффузионных мембранах основано на общности подхода, трактующего мембрану в сечении как точечную систему с конечным значением движущей силы на границах, т. е. как черный ящик . При этом предполагается, что перенос компонентов смеси сопряжен только с химической реакцией, взаимно их потоки независимы. [c.249]

Соотношения (7.74) означают, что поток массы, сопряженный с химической реакцией, направлен таким образом, что вторая сумма в числителе выражения (7.72) отрицательна, т. е. соответствует затратам работы на перемещение потока массы под действием дополнительных движущих сил, причем [c.252]

Порозность плотной фазы псевдоожиженных газом систем, вполне определенная для данного материала и каждой скорости газа, может изменяться в диапазоне от 0,35 до 0,70 — в зависимости от химической природа, плотности, формы, гранулометрического состава и состояния поверхности твердых частиц i. При переходе от тяжелых сферических частиц к легким угловатым значения umf изменяются от 0,35 до 0,55 для последних материалов наблюдается дальнейшее увеличение порозности при возрастании скорости газа от Umf до значения, соот ветствующего образованию пузырей когда порозность Еть достигает 0,7. Это является следствием сложного воздействия на твердые частицы сил тяжести, трения газового потока, сцепления и адгезии [c.567]

Таким образом, независимо от способа выражения общей движущей силы процесса и, следовательно, коэффициента массопередачи наложение химической реакции приводит к изменению как обшей движущей силы процесса, так и коэффициента массопередачи, определенного как коэффициент пропорциональности между движущей силой и потоком массы. [c.226]

Воздействие химической реакции на равновесное распределение переходящего компонента между фазами учитывается при вычислении общей движущей силы массопередачи. Влиянием потока химической реакции на поток массы, как правило, пренебрегают. Таким образом, при определении коэффициентов массопередачи учет влияния химической реакции сводится к учету изменения потока массы из-за непосредственного изменения поля концентрации. Однако если скорость процесса массопередачи лимитируется сопротивлением транспортной фазы, то воздействие химической реакции на распределение концентрации переходящего компонента в реакционной фазе не может привести к изменению скорости массопередачи. Поэтому химическая реакция оказывает воздействие на скорость массопередачи только в том случае, когда скорость массопередачи лимитируется сопротивлением реакционной фазы. [c.227]

Этот факт получил объяснение в работах Крылова [49, 50]. Границы применимости пенетрационной модели рассматривались в работах [51—53]. Очевидно, что пенетрационная модель справедлива только в тех случаях, когда время контакта фаз мало по сравнению с характерным временем релаксации диффузионного процесса, т. е. с временем установления стационарного диффузионного потока при данном значении движущей силы процесса. Наличие химической реакции в объеме сплошной фазы существенно сказывается не только на скорости массопередачи, но и на времени релаксации процесса. Крылов [50] решил задачу о нестационарной диффузии в системе с химической реакцией в рамках приближения диффузионного пограничного слоя и установил границы применимости пенетрационной модели для решения подобных задач. Было показано, что для [c.233]

Учитывая двойственную природу процессов химической технологии, гидродинамические процессы рассматриваются состоящими из детерминированной составляющей, характеризуемой связями между действующими в жидкости (газе) силами тяжести, давления, вязкости и инерции и стохастической составляющей. Стохастическая составляющая дает количественное распределение частиц потока в аппаратах по времени и тем самым характеризует истинное время пребывания элементов потока в аппаратах (см. выше). [c.45]

Качественный анализ структуры ФХС. Основу структурного анализа ФХС составляет обобщенная система гидромеханических уравнений с учетом физико-химических процессов, протекающих в технологическом аппарате. Замкнутая система уравнений термогидродинамики многокомпонентной неидеальной двухфазной смеси, в которой протекают химические реакции, осложненные процессами тепло- и массопереноса, сформулирована в работе [6 ] и подробно рассмотрена в 1.2—1.4 настоящей монографии. Эта система уравнений, во-первых, может служить исходным пунктом при переходе к математическому описанию частной инженерной задачи во-вторых, она вскрывает структуру движущих сил и потоков, развивающихся в локальном объеме аппарата и отражающих специфику физико-химических процессов в нем. [c.10]

Такой методологический подход будет развит на основе энергетической концепции движущих сил и потоков, определяющих структуру обобщенной диссипативной функции ФХС, которая учитывает энергозатраты в системе на протекание необратимых нроцессов всех видов [23—25]. Как уже упоминалось, этим вопросам будет посвящена вторая книга по системному анализу процессов химической технологии ( Топологический принцип формализации ). [c.17]

Физический смысл этих математических преобразований следующий. Существование г линейно независимых функций Сг вида (УII.34) означает, что в неравновесной системе имеется г независимых друг от друга процессов. Когда система неравновесна, каждый такой процесс представляет собой нормальную реакцию — химический поток ti Каждый такой поток сопряжен с термодинамической силой (сродством Л г), которая при постоянных внешних переменных зависит только от одной нормальной координаты Как будет видно из дальнейшего изложения, во многих случаях непосредственно доступны экспериментальному исследованию именно такие независимые потоки — нормальные реакции. Задача состоит в том, чтобы, изучая нормальные реакции, установить те естественные элементарные процессы вида (УП.1), сочетание которых дает нормальные реакции. Для решения этой задачи прежде всего надо располагать методами нахождения матриц преобразования X или . [c.244]

При спекании возбуждается механизм диффузионно-вязкой ползучести поликристаллического вещества, связанной с направленным перемещением вакансий в поле капиллярных напряжений. С другой стороны, в процессе гетеродиффузии обычно наблюдается неравенство парциальных диффузионных потоков атомов, что также приводит к направленному перемещению вакансий, но уже под действием градиента химического потенциала. Силы, обусловленные градиентом химического потенциала, намного превышают капиллярные силы. Поскольку они не связаны с процессом уплотнения, то спекание порошковых смесей идет медленнее, чем однокомпонентных систем. [c.118]

Для сравнения необходимо оценить величины и >2. Коэффициент диффузии СОг в воде хорошо известен и составляет при 20° С , 7- 0- см /сек. Возникают некоторые осложнения при нахождении >2, потому что диффузия ионов не просто определяется законом Фика, так как поток каждого иона зависит от градиента концентраций всех присутствующих ионов [13]. Учет этого эффекта в химической абсорбции рассматривался Шервудом и Вэйем [14], которые рассчитали градиенты концентраций всех составляющих ионов по графикам профилей концентраций, полученным на основе модели пленочной теории. Найсинг использовал ту же самую методику, но вводил полученные таким образом значения />2 в уравнения пенетрационной теории. При 20° С и конечном разбавлении величина Лг составляет 2,84 0 см /сек, для растворов ЫаОН и 2,76 0 см /сек для растворов КОН. Обе величины почти одинаковы, таким образом можно сказать, что как для раствора ЫаОН, так и для раствора КОН (01/02) = 0,77, а Ог/Д = 0,64. Хотя обе величины были рассчитаны и при бесконечном разбавлении, однако влияние ионной силы на отношение г//)] предполагается небольшим. При сравнении этих величин с рассчитанными по уравнениям (12.5) и (12.6) отмечается полное согласование экспериментальных и теоретических данных. [c.140]

Принципиальная технологическая схема процессов химической абсорбции не отличается от обычной схемы абсорбционного процесса. Однар(0 в конкретных условиях в зависимости от количества кислых газов в очищаемом газе, наличия примесей, при особых требованиях к степени очистки, к качеству кислого газа, и других факторов технологические схемы могут сун ест-венно отличаться. Так, например, при использовании аминных процессов при очистке газов газоконденсатных месторождений под высоким давлением и с высокой концентрацией кислых компонентов широко используется схема с разветвленными потоками абсорбента (рис. 53), позволяющая сократить капитальные вложения и в некоторой степени эксплуатационные затраты. Высокая концентрация кислых комионентов требует больших объемов циркуляции поглотительного раствора. Это не только вызывает рост энергетических затрат на перекачку и регенерацию абсорбента, но и требует больших объемов массообменных аппаратов, т. е. увеличения капитальнрлх вложений. Вместе с тем из практики известно, что в силу высоких скоростей реакций аминов с кислыми газами основная очистка газа происходит на первых по ходу очищаемого газа пяти—десяти реальных таре, 1-ках абсорбера на последующих тарелках идет тонкая доочистка. Этот факт послужил основанием для подачи основного количества грубо регенерированного абсорбента в середину абсорбера, а в верхнюю часть абсорбера — меньшей части глубоко-регенерированного абсорбента. Это позволило использовать абсорбер переменного сечения (нижняя часть большего диаметра, верхняя — меньшего), что снизило металлозатраты, а также сократить затраты энергии за счет глубокой регенерации только части абсорбента. [c.171]

Производство продукции на химических предприятиях обычно миогостадийно, производствеппые потоки во многих случаях имеют сложную структуру, процессы производства сложны, расчленены на фазы, тесно связанные между собой, что требует точной координации процессов, действий по стадиям производства, точного нормирования процесса, рабочей силы и обеспечения строгих пропорций ироизводства. [c.21]

Мембраны, свободно проницаемые только для одного компонента, принято называть полупроницаемыми, а остальные — селективно-проницаемыми, или просто проницаемыми. При разделении газовых смесей обычно имеют дело с селективно-проницаемыми мембранами, поэтому из напорного канала через стенки разделительного элемента проникают все компоненты смеси, но с различной скоростью. Поскольку движущая сила переноса компонента определяется разностью химических потенциалов в напорном и дренажном каналах, скорость проницания каждого компонента меняется по длине мембранного элемента и зависит (как показано ниже) от термодинамических и гидродинамических параметров процесса. Скорость проницания компонентов через мембрану традиционно определяют, используя понятия и феноменологические соотношения фильтрационного процесса. Плотность потока -го компонента через мембра-ну принимают линейно зависящей от перепада давлений над и под мембраной [c.12]

На рис. 1.5 показаны возможные режимы сопряженного массопереноса в мембране при положительном (а) и отрицательном (б) сопря жении. Условие равенства химических потенциалов на границах мембраны (ti = n"i) соответствует состоянию с фиксированным потоком (Xi = 0, h LirAr, АгфО), которое делит возможные режимы на две группы с положительными и отрицательными значениями приведенной движущей силы сопряженного массопереноса ZXijAr (рис. 1.5, а). Предельное положительное значение этой величины ZX IAr соответствует нулевому химическому потенциалу в дренажном канале (ji,"j->0), который можно создать при бесконечно большой скорости отвода проникшего потока (например, с помощью газа-носителя [c.24]

Нулевая скорость отвода проникшего потока в стационарном состоянии соответствует режиму с фиксированной силой (/ = 0, 0, 4г = onst), когда результирующий поток через мембрану равен нулю за счет компенсации величин Д, и LirAr, а на границах мембраны поддерживается определенная разность химических потенциалов (ц, —м- г<0 при и>0 и я 1—ц 1>0 при х<0). [c.25]

Существуют три параллельных механизма воздействия химической реакции на скорость массопередачи. Во-первых, наличие в системе химической реакции, как правило, оказывает влияние на установление равновесного распределения переходящего компонента между фазами и тем самым иа движущую силу процесса массопередачи независимо от способа ее выражения. Во-вторых, химическая реакция оказывает влияние на величину коэффициента массопередачи независимо от способа его выражения, т. е. независимо от способа выражения движущей силы процесса. Взаимное влияние химической реакции и процессов переноса рассматривается термодинамикой необратимых процессов. Общий подход к вопросу разработан Де Гроотом и Мазуром [1], которые рассмотрели процесс теплопередачи в системе с химической реакцией. Вопросы взаимного влияния массопередачи и химической реакции с позиций термодинамики необратимых процессов рассматривались Оландером [2], а также Фридлендером и Келлером [3]. Хотя количественные результаты были получены 13] лишь для области очень малых отклонений от химического равновесия, однако качественно было показано, что наличие объемной реакции приводит к увеличению потока массы. [c.226]

Рг,1,п-1 — удельный вес . Сг,1,п-1 — удельная теплоемкость потока АИ1, — тепловой эффект химической реакции Хт,1,п — мольная доля -го химического компонента (ЛТ )л — среднелотарифмическая движущая сила теплопередачи Кг.п — коэффициент теплопередачи Лг.п—поверхность теплообмена. [c.175]

С точки зрения химической технологии важно знать, на что расходуется энергия, подводимая к аппарату. Все виды энергозатрат на протекание необратимых процессов в системе характеризует диссипативная функция ФХС (локальное производство энтропии). Диссипативная функция многокомпонентной неидеальной двухфазной дисперсной смеси, в которой протекают химические реакции совместно с процессами тепло- и массопереноса, получена в работах [6, 71 и подробно анализируется в 1.4 книги. Разложение диссипативной функции на движущие силы и потоки приведено в табл. 1. Таблица движущих сил и потоков, дополненная энергетическими переменными систем гидравлической, электромеханической и псевдоэнергетической природы, служит основой при построении комплекса процедур автоматизированного формирования математических моделей, исходя из топологического принципа формализации ФХС. [c.10]

К третьему уровню иерархии ФХС (рис. 1.1) можно отнести следующие явления [1, 20, 21 ]. Элемент дисперсной фазы (пузырь, капля), в котором протекают химические реакции как в объеме, так и на межфазной границе, движется в объеме сплошной фазы под действием сил Архимеда, инерционных сил и сил сопротивления, подвергаясь одновременно воздействию механизма переноса массы (ПМ), энергии (ПЭ) и импульса (ПИ) через границу раздела фаз в направлении 1 2. В качестве исходной причины возникновения межфазных потоков субстанций, обусловливающей всю совокупность явлений, составляюпщх механизм межфазного переноса, естественно принять неравновесность гетерогенной [c.26]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология