Коэффициенты диффузии газов при высоких температурах

Рис. 3-4. Опытные данные по коэффициентам взаимной диффузии для газов при высоких температурах (по Д. А. Франк-Каменецкому)

Для уменьшения газовыделения материала (детали) его подвергают обезгаживанию в вакууме. Однако если при обезгаживании в вакууме ограничиться комнатной температурой, то процесс обезгаживания из-за малости коэффициента диффузии газов в твердых телах при относительно низких температурах будет протекать слишком медленно. Формула (4.5) показывает, что коэффициент диффузии экспоненциально зависит от температуры следовательно, для эффективного обезгаживания твердого тела необходимо его выдержать в вакууме при достаточно высокой температуре. [c.71]

Молекулярно-кинетическая теория также позволяет делать предсказания относительно диффузии, вязкости и теплопроводности газов, т.е. так называемых транспортных свойств, проявляющихся в явлениях переноса. Каждое из этих явлений может условно рассматриваться как диффузия (перенос) некоторого. молекулярного свойства в направлении его градиента. При диффузии газа происходит перенос его массы от областей с высокими концентрациями к областям с низкими концентрациями, т.е. в направлении, обратном градиенту концентрации. Вязкость газов или жидкостей (иногда их обобщенно называют флюидами) обусловлена диффузией молекул из медленно движущихся слоев в быстро движущиеся слои флюида (и их торможением) и одновременной диффузией быстро движущихся молекул в медленно движущиеся слои (и их ускорением). При этом происходит перенос механического импульса в направлении, противоположном градиенту скорости движения флюида. Теплопроводность представляет собой результат проникновения молекул с большими скоростями беспорядочного движения в области с малыми скоростями беспорядочного движения молекул. Ее можно описывать как перенос кинетической энергии в направлении, противоположном градиенту температуры. Во всех трех случаях молекулярно-кинетическая теория позволяет установить коэффициент диффузии соответствующего свойства и дает наилучшие результаты при низких давлениях газа и высоких температурах. Именно эти условия лучше всего соответствуют возможности применения простого уравнения состояния идеального газа. [c.150]

КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИФФУЗИИ ГАЗОВ ПРИ высоких ТЕМПЕРАТУРАХ [c.219]

Особенности движения газа и частиц твердого вещества в псевдоожиженном слое приводят к эффективному перемешиванию твердой и газообразной фаз, интенсивность которого зависит от диаметра аппарата,. плотности слоя, размера частиц, скорости газа и других факторов. Зависимость коэффициента диффузии газа В от диаметра аппарата й представлена на рис. IV. 23, из которого видно, что значение этого коэффициента резко возрастает с увеличением диаметра аппарата. Такое перемешивание фаз в псевдоожиженном слое обусловливает высокую интенсивность процесса переноса тепла и позволяет, таким образом, весьма точно поддерживать равномерную температуру во всем реакционном объеме даже в случае процессов сопровождающихся значительным тепловым эффектом. [c.139]

Обратимся теперь к более простым примерам, взятым из лабораторной практики последних лет. На рис. 45 представлены результаты определения коэффициентов самодиффузии радиоактивных изотопов криптона, образующихся в галогенидах рубидия при облучении кристаллов в атомном реакторе [15]. При низких температурах энергия активации больше, при высоких — ниже. Исключением является фторид рубидия. В этом последнем случае излом на кривой зависимости логарифма коэффициента диффузии от обратной температуры не наблюдается. Подобные кривые, как мы увидим далее, характерны (сравни рис. 58, гл. ХП) для случая, когда в области низких температур примесь (в данном случае Кг в смеси с другими образующимися благородными газами) выпадает в самостоятельную фазу, растворяясь при более высокой температуре. При низких температурах криптон выделился в внде димеров, тримеров или (что более вероятно) макроскопических пузырьков, локализованных [c.155]

Мы остановимся здесь только на измерении коэффициентов диффузии газов при высоких температурах, где обычно применяемые [c.219]

Газы диффундируют через кварцевое стекло только при высоких температурах хлористый водород — при температурах 1400° С и выше метан, кислород и углекислота — при 1300° С. Наиболее легко диффундируют газы с наименьшим атомным весом (гелий, водород) — при 500° С. Коэффициент диффузии газов через прозрачное кварцевое стекло при температуре 700° С составляет для гелия 2,1 10 , для водорода и дейтерия 2,1 10 и 1,7-10 , для неона — 4,2-10 °, а для аргона, кислорода и азота — менее чем 10 . [c.371]

Наиболее мощным фактором для уменьшения длины зоны реакции и одновременно ддя сокращения размеров поперечного сечения топки или газогенератора является применение высоких концентраций реагирующего газа — = ср [г- Это может быть достигнуто двумя путями увеличением относительной весовой концентрации срд и повышением общего давления газовой смеси, пропорционального -[р. В формулу (1. 14) величина Сд входит в знаменатель, поэтому длина зоны сокращается обратно пропорционально концентрации и давлению газа. Однако в процессе горения, по крайней море, в его начальной стадии, суммарная константа скорости реакции может определяться диффузионным режимом. Так как коэффициент диффузии В изменяется обратно пропорционально давлению газа, а величина к, находящаяся в знаменателе формулы (1. 14), в этом случае пропорциональна или почти пропорциональна В, то и сокращение длины зоны горения не будет пропорциональным давлению газа (это зависит от размера частицы и температуры в процессе ее горения). [c.478]

Рис. III-50 и III-51 иллюстрируют зависимость профиля температур и парциальных давлений газа от величины коэффициента диффузии в случае нескольких стационарных состояний. Из рис. 111-50 видно, что чем больше коэффициент диффузии, тем больше смещается зона реакции в сторону входа. При очень высокой начальной температуре частиц катализатора зона реакции [c.287]

Однако при не слишком высоких температурах, когда коэффициент поверхностной диффузии, ответственный за процесс миграции пузырьков, заметно превосходит коэффициент объемной диффузии вакансий, контролирующий релаксацию избыточного давления от реакции объединения пузырьков, подток вакансий может оказаться не достаточно эффективным и избыток давления будет нарастать от слияния к слиянию. В связи с этим авторы работ [123, 124] считают, что газ, накапливаясь в пузырьках, создает в них значительное давление и пузырьки растут по механизму диффузионной ползучести, а в начальный момент после слияния пузырьков — в результате сдвиговых деформаций окружающего пузырек материала. [c.59]

Член С определяется недостаточной скоростью массопереноса и возникающей вследствие этого не-равновесностью хроматографического процесса. Причинами этого могут быть медленная диффузия в неподвижной жидкой фазе, медленная адсорбция или десорбция с поверхности. В случае газо-жидкостной хроматографии постоянная С зависит от толщины неподвижного слоя жидкости, коэффициента диффузии растворенного вещества в этой жидкости и объема жидкости по сравнению с объемом подвижной фазы. Наибольщее влияние, по-видимому, оказывает толщина неподвижного слоя жидкости. Заметное повышение эффективности наблюдается на колонках с очень тонкими слоями жидкой фазы. Достижению равновесия способствует высокая температура и низкая вязкость растворителя. В общем случае зависимость ВЭТТ от V для газовой и жидкостной хроматографии имеет вид, представленный Яа рис. 28.5. [c.592]

Согласно требованию (б) в качестве газа-носителя лучше всего применять водород. Большая величина коэффициента диффузии водорода не оказывает отрицательного влияния на эффективность разделения при высоких скоростях газа-носителя. По (в) предпочтение следует отдать наиболее селективной неподвижной фазе. Увеличивать относительное удерживание путем понижения температуры колонки нельзя, потому что это ведет к экспоненциальному увеличению продолжительности анализа. [c.67]

В реальных пластиках при отверждении фиксируется определенное распределение пор по размерам вследствие возрастания вязкости, которое препятствует изменению размера пор. Таким образом, при изготовлении деталей из компаундов, содержащих растворенные газы и низкомолекулярные вещества, при отверждении происходит повышение давления равновесной газовой среды над компаундом вследствие повышения температуры, а также вследствие увеличения молекулярной массы полимера, что приводит к снижению растворимости низкомолекулярных веществ. В области гелеобразования пористость замораживается , если полимер может выдержать давление газа в порах. Число пор и их распределение по размерам зависят от количества легколетучих продуктов в компаунде и технологии его изготовления. Невысокие температуры способствуют уменьшению пористости эпоксидных компаундов, но размер пор может быть довольно велик при высоких температурах пористость сильно возрастает и образуются поры с широким распределением по размерам. Для расчета пористости необходимо знать коэффициенты растворимости и диффузии различных соединений в неполностью отвержденном полимере, которые в настоящее время не известны. Однако для ориентировочной оценки этих величин можно использовать корреляционные соотношения, разработанные для жидкостей [32—34]. [c.169]

Процесс сушки при высокой температуре ускоряется благодаря увеличению разности температур между древесиной и теплоносителем, что увеличивает количество переданного тепла. Этому способствует также увеличение коэффициента теплопередачи от газов к древесине ввиду роста лучеиспускающей способности газов. Сушка ускоряется также вследствие уменьшения вязкости влаги при повышении температуры, что способствует ускорению диффузии влаги через поры древесины. [c.43]

Методы ААС применяют также для измерения некоторых физических и физико-химических величин коэффициентов диффузии атомов в газах, температур газовой среды, теплоты испарения элементов и др. для изучения спектров молекул при высоких температурах, для исследования процессов, связанных с испарением и диссоциацией соединений. [c.850]

Категория II включает системы, в которых проникающие газы имеют высокие критические температуры (заключенные в диапазоне от значения, близкого к нормальной температуре, и до 200 С) в эластомерах и твердых полимерах. Коэффициент диффузии является функцией концентрации проникающего вещества в мембране, но коэффициент растворимости постоянен, т.е. закон Генри все еще справедлив. Примером этой категории может служить диффузия и растворение парафинов с четырьмя и пятью углеродными атомами в резиновых мембранах /17/. Другие примеры даны в следующем разделе. [c.307]

МОСТЬ скорее всего носит дырочный или электронный характер. Возникающие при облучении т закс-виниленовые связи по отношению к электропроводящим частицам могут играть роль ловушек [56]. Электрическая прочность полиэтилена, сшитого под действием электронов (4 Мэе), не снижается при увеличении температуры до уровня, определяемого теорией характеристической электрической прочности [57]. Это объясняется, по-видимому, стабильностью сетчатой структуры. Радиационное сшивание уменьшает проницаемость полиэтилена для кислорода, азота, углекислого газа и бромистого метила [58], что объясняется снижением коэффициента диффузии. Коэффициент диффузии водяных паров в полиэтилене снижается при радиационном сшивании, однако проницаемость сильно возрастает благодаря увеличению растворимости воды в полиэтилене [59]. Было установлено, что для облученного полиэтилена коэффициенты проницаемости и растворимости в нем различных органических жидкостей при низких температурах выше, а при высоких ниже, чем для исходного полиэтилена [60]. Более высокие растворимость и проницаемость при низких температурах могут быть объяснены разрушением кристаллитов, а пониженные значения этих коэффициентов при высоких температурах — наличием сетчатой структуры. [c.171]

Если кислород проникает в зону горения вследствие диффузии, то образующееся пламя называется диффузионным (рис. 27). В первой зоне находятся газы или пары горение в этой зоне не происходит (температура в ней не превышает 50()°С). Во второй зоне пары или газы сгорают не полностью и частично восстанавливаются до углерода. В третьей зоне происходит полное сгорание продуктов второй зоны и наблюдается наиболее высокая температура пламени. Высота пламени обратно пропорциональна-коэффициенту диффузии который в свою очередь пропорционален температуре в степени от 0,5 до 1. Высота пламени возрастает с увеличением скорости потока газов и изменяется обратно пропорционально плотности газов и паров. - . [c.145]

Изменение физических характеристик невосстановленного железохромового катализатора марки 482 в зависимости от термического воздействия приведено на рис. 100 [145]. Увеличение кажущейся плотности катализатора сопровождается соответствуюпщм уменьшением величины удельного объема пор. Несмотря на значительное уменьшение объема пор при высоких температурах прокаливания, эффективный коэффициент диффузии газа через поры катализатора мало изменяется. Малое изменение эффективного коэффициента диффузии обязано незначительному изменению живого сечения пор [c.191]

По другому пути пошли Уэстенберг и Уокер [26], которые разработали и широко использовали для измерения коэффициентов диффузии газов при высоких температурах метод точечного источника. В этом методе один из газов инжектируется через тонкую трубку в медленный ламинарный поток второго газа. Ниже по течению отбираются пробы газовой смеси, в которых микрометодами газового анализа определяется концентрация инжектируемого газа. Метод точечного источника более сложен в экспериментальном отношении, но в принципе представляется более точным. В нашем методе состав смеси меняется вдоль капилляра от чистого первого до чистого второго газа. Между тем, в высших приближениях кинетической теории бинарный коэффициент диффузии оказывается зависящим от состава смеси. Кроме того, при диффузии через капилляр довольно велико гидравлическое сопротивление и, следовательно, не гарантировано постоянство общего давления. В методе же точечного источника общее давление заведомо постоянно и условия эксперимента отвечают предельному случаю очень малой концентрации инжектируемого газа, когда ее изменение не моя ет влиять на значение коэффициента диффузии. [c.221]

Погрешность из-за отсутствия действительного равновесия определить довольно трудно. Вследствие проявления цеолитом ситовых свойств процесс диффузии молекул газа в кристаллах цеолитов может быть активированным, особенно при низких температурах. Из-за низких значений коэффициента диффузии газов в кристаллах цеолитов процесс выравнивания концентрации может протекать чрезвычайно замедленно. Большинство исследователей указывают, что в области 10 — 10 мм рт. ст. давление становится практически постоянным через один или несколько часов после поглощения порции газа, а в области высокого вакуума — через сутки. По данным наблюдений автора после прекращения постоянного натекания азота давление его над цеолитом NaX снижается очень медленно с постоянной времени i 8- 10 ч, а через сутки изменение давления практически прекращается (кривая 13). Однако это состояние не является равновесным операция перемораживания насоса (размораживание с последующим охлаждением) приводит к резкому. снижению (на 1—2 порядка) давления азота над адсорбентом. Тяким образом, кривая 13 не является равновесной изотермой, причем в этом эксперименте температура адсорбента заметно превышала температуру кипения жидкого азота из-за неэффективности полированной жалюзной ловушки на входе в насос. [c.75]

Данная статья посвящена экспериментальному определению коэффициентов диффузии газов в жидкости при высоких давленияч и различных температурах. [c.182]

Самый последний член указывает, что градиенты температуры будут иызывать различие в диффузии двух газов. В общем случае форма такова, что более тяжелые молекулы будут перемеш,аться в область высокой температуры, в то время как более легкие будут концентрироваться в области низкой температуры. Этот результат был впервые предсказан Чепменом и 1916 г., а позднее был проведен и подтвержден [10]. Значение этого эффекта состоит в том, что он препятствует нормальной диффузии и приводит к уменьшению коэффициента диффузии О при эксперименте (если пе приняты меры для поддержания равномерной температуры). [c.171]

При достаточно низкой температуре наиболее медленной стадией всех подобных процессов, по-видимому, является химическая реакция на поверхности. Однако, прежде чем эта реакция окажется возможной, газ должен продиффундировать к поверхности он должен продиффундировать через твердый продукт реакции (окись цинка в последнем примере) или через другие газы, присутствующие в системе (как в случае каталитической реакции или твердофазной реакции с выделением газообразных продуктов). Следовательно, во всех случаях диффузионный процесс должен предшествовать химической реакции. При этом должен происходить также и процесс обратной диффузии, следующий за химической реакцией, в тех случаях, когда образуются газообразные продукты. Так как температурный коэффициент для диффузии обычно значительно меньше, чем для химической реакции, диффузионные процессы при достаточно высоких температурах протекают существенно медленнее, чем поверхностные реакции, что и приводит к переходу в диффузионную область. В результате кривая выделения тепла приобре- [c.169]

Касание вблизи точки О (оно не показано на рис. 46) также отвечает критическому условию, но другого типа. Бесконечно малое перемещение от точки касания прямой теплоотвода влево или кривой выделения тепла вправо приводит к резкому падению темиературы, т. е. горючий материал, вместо того чтобы реагировать ири температуре, соответствующей точке Q или более высокой температуре, находится в устойчивом состоянии при температурах, отвечающих точкам иересечення, лежащим левее Ь. В связи с этим Франк-Каменецкий назвал эту точку критической точкой тушения, а Ван-Лун — минимальной температурой горения. Подобно температуре воспламенения, эта температура пе является постоянной величиной, поскольку она зависит от различных факторов. Например, значительное влияние на нее может оказывать скорость газа. В диффузионной области скорость газа, помимо влияния на коэффициент теплопередачи, может также определять положение кривой теило-выделения. Этот эффект обнаруживается в том случае, когда наиболее медленной стадией является ие диффузия внутри пор к поверхности взаимодействия и от нее, а диффузии через гидродинамический пограничный слой к наружной поверхности твердого вещества. [c.174]

Например, критической точке диоксида углерода соответствует давление 74 бар и температура 31 °С. Ниже этой температуры СОг уже при умеренно высоком давлении (например, при давлении 65 бар и температуре 25 °С) представляет собой обычную жидкость. При температуре выше 31 °С перевести СОг в жидкое состояние невозможно даже при сколь угодно большом давлении. В таких условиях СОг существует в виде НКЖ, которая ведет себя как газ, но при достаточно высоком давлении по плотности может превосходить жидкий СОг. По своим свойствам надкритический СОг резко отличается от жидкого диоксида углерода он обладает большей сжимаемостью, более высоким коэффициентом диффузии, более низкой вязкостью и меньшим поверхностным натяжением. С помощью некоторых эмпирических параметров пол5 рности растворителей (см. гл. 7) было показано, что надкритический СОг во многих отношениях подобен углеводородному растворителю с очень низкой поляризуемостью [759]. [c.399]

Коэффициенты диффузии для газов уменьшаются с ростом данления р (в диапазоне до 2,5 — 3,0 МПа изменяются практически обратно пропорционально р) и достаточно быстро растут с температурой / для данного компонента они снижаются с ростом его концентрации в смеси (при малой концентрации компонента ее влияние на /)д несущественно). Для жидкостей Дд растет с / характер шшяния концентрации зависит от природы компонентов (возможны минимумы и максимумы с изменением концентрации). Для твердых тел Du также растет с f характер его изменения с концентрацией диффундирующего вещества С и здесь зависит от природы этого вещества и твердого тела. В области малых концентраций они весьма слабо влияют на Д , так что можно принимать Д = = onst при более высоких С часто наблюдается заметный рост с С. [c.772]

Категория I представляет диффузию и растворение простых газов в эластомерах и во многих твердых полимерах при давлениях до нескольких атмосфер и в некоторых случаях вплоть до бопее высоких давлений /12,16/. Эти газы характеризуются низкими значениями критической температуры по сравнению с комнатной температурой. Коэффициенты растворимости и диффузии газов постоянны. [c.307]

Для систем проникающее вещество - мембрана категории III и коэффициент диффузии, и коэффициент растворимости являются функциями концентрации. Критическая температура газов обычно выше 2 00 С. Примерами могут служить пары многих органических веществ (пары бензола, хлороформа, п - ксилола, парафинов с числом углеродных атомов от 5 до 8 и бромистого метила в полиэтилене /18/) или napb i более тяжелых углеводородов и хлороформа в резинах с высокой подвижностью цепи и малыми значениями времени релаксации /19—23/. [c.307]

В. Ф. Фроловым и авторами [2] было проведено исследование тарельчатой сушильной колонны, работающей с кипящим слоем. Известно, что при глубокой сушке материалов с большим сопротивлени-ем внутренней диффузии влаги в одноступенчатом аппарате расходные коэффициенты повышены вследствие малой насыщенности и высокой температуры отработанного сушильного агента. Если этот отработанный газ, обладающий большим сушильным потенциалом, использовать для подсушки влажного материала, то к. п. д. сушильной установки повысится. Кроме того, в таком аппарате материал будет обрабатываться более равномерно, что было. показано ранее (см. стр. 54). Кинетика процесса глубокой сушки сыпучих материалов была изучена в аппаратах с одним и несколькими кипящими слоями. [c.83]

Весьма часто масс-спектрометр является уникальным прибором для анализа малых количеств газа, при этом различные типы приборов комбинируются с аппаратурой, в которой выделяются такие малые количества газа. Кислород и азот можно определять в количестве менее 0,0001% в стали при прогреве ее в вакуумной печи, присоединенной к масс-спектрометру [1315, 1869. Комбинирование вакуумной печи и масс-спектрометра 11081, 19171 использовалось также для непрерывного анализа продуктов обезгаживания металлов 112001, а также для определения газообразных примесей в поверхностных слоях монокристаллов германия 1619]. Аналогичную аппаратуру использовали для регенерации гелия, который диффундировал через кристаллы Na l, и измерения количества выделяющегося газа при этом определяли контакту диффузии [7281. Исследовали коэффициент диффузии водорода в стали в пределах температур 25—90 , что было возможным благодаря высокой чувствительности масс-спектрометра к измерению малых количеств выделяющегося газа [679]. [c.497]

Теперь, когда, по-видимому, установлено, что член С для заполненных колонок, смоченных не очень большим количеством жидкости, в основном определяется медленностью диффузии в газовой фазе, в то время как этот же член С в пустых цилиндрических колонках зависит главным образом от более вредно сказывающейся медленной диффузии в жидкой фазе, вы можете задать вопрос, почему пустые цилиндрические колонки капиллярных размеров или выше имеют заметное преимущество перед заполненными колонками для разделения веществ, кипящих при довольно высокой температуре. Прежде чем ответить на данный вопрос, следует договориться о степени этого преимущества. Мерой, очевидно, не является число тарелок колонки, так как эта величина определяется конструкцией. Не является такой мерой ни скорость получения хроматограммы, ни небольшое значение перепада давления по колонке. Скорее всего критерий, определяющий указанное преимущество, представляет собой комбинацию этих нескольких рабочих параметров, которые мало зависят от конструкции рассматриваемой колонки. Я назвал комбинацию некоторых наблюдаемых величин показателем эффективности его малое значение является призна- ком добротности, присущей данной колонке. Рискуя повториться, я хотел бы подчеркнуть, что показатель эффективности колонки не является мерой разделительной способности колонки он позволяет оценить величину перепада давления и время удерживания, требуемые для достижения данной разделительной способности. Связь между показателем эффективности и разделяющей способностью колонки несколько напоминает связь между коэффициентом полезного действия электромотора, выраженного энергией в лошадиных силах на выходе, приходящейся на 1 кв энергии на входе, и фактической мощностью мотора. Показатель эффективности непосредственно зависит от вязкости газа-носителя и, как это видно из формулы, имеет размерность вязкости. Для случая, когда газом-носителем является гелий, мы рассчитали, что ориентировочная величина минимального достижимого значения показателя эффективности для любой колонки составляет 0,1 пуаз. Экспериментально мы нашли, что лучшее значение показателя эффективности, достигнутое на цилиндрических колонках, в несколько раз превосходит эту идеальную величину, что указывает на значительную долю величины члена С цилиндрической колонки, связанную с медленностью диффузии в жидкой фазе. Тем не менее в заполненных колонках, в которых величина члена С определяется в основном медленностью газовой диффузии между подвижной и неподвиж- [c.189]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология