Массообмен на межфазной границе

Тепло- и массообменные процессы могут протекать в условиях химической пассивности компонентов, а также при наличии химических реакций как в объеме смеси (гомогенные реакции), так и на межфазной границе (гетерогенные реакции) [99, 100]. [c.205]

Э, ж,, как и любой реальный процесс, протекает во времени, Кинетически Э, ж, представляет собой массопередачу (см. Массообмен), к-рая сопровождается разнообразными физ.-хим. процессами, происходящими на межфазной границе, в прилегающих к ней слоях и в объемах фаз. Скорость экстракции, или кол-во в-ва, переходящего в единицу времени из одной фазы в другую, определяется по ф-ле [c.418]

Массопередачей называется перенос вещества из одной фазы в другую нормально к межфазной границе. Для схемы на рис. 10.8 — это перенос вещества через пограничные слои (две стадии) в случае мембранного процесса массопередача насчитывала бы три стадии добавляется перенос вещества через мембрану. Под массообменом будем понимать массоперенос в целом, включая подвод и отвод вещества с потоками фаз. Для схемы на рис. 10.8 массообмен насчитывает четыре стадии (для мембранного процесса их было бы пять). [c.769]

Располагая значениями Ке и 8с, рассчитывают число Шервуда 8Ь и находят массообменный коэффициент р или рр, входящий в основное уравнение массообмена типа (10.22). Следует, однако, подчеркнуть существенное отличие выражения (10.8) от (10.22), справедливого для двухфазного массообмена при контакте двух сплошных фаз. В массообмене с твердыми телами представление о пограничной пленке , примыкающей к межфазной границе со стороны твердого тела, — некорректно, так что понятие о коэффициенте массопередачи к теряет смысл. Здесь физически обоснованно вместо кх (или ку) использовать коэффициент массоотдачи р [c.874]

Подавляющее большинство процессов в термохимических системах (системах, которые могут обмениваться энергией только через механическую работу, массообмен, теплообмен) контролируется составом, температурой и объемом или составом, температурой и давлением. Соответственно этому характеристическими для гомогенных систем будут функции F (Т, V, и,) и G (Т, Р, ,), а для гетерогенных систем — те же функции F (Т, Vj, п А), G (Т, Pj, п А), но с расширенным набором параметров. Здесь п, — число молей z-x компонентов в системе, Vj, Pj — объемы и давления j-x фаз, А — площадь межфазных границ. [c.573]

Эмульсии Пикеринга устойчивы лишь по отношению к коалесценции, когда заряд твердых частиц недостаточен для появления барьера отталкивания против флокуляции их коалесценция достигается добавлением ПАВ, которые не являются стабилизаторами и одновременно сильно уменьшают краевой угол смачивания твердой поверхности одной из жидких фаз. Поэтому твердые частицы переходят с межфазной границы в объем и капли могут объединяться. Вероятно, особый случай структурномеханического барьера, обусловленного капельками микроэмульсий, наблюдала Никитина [232, 233]. Его возникновение связано с турбулентным массообменом через межфазную границу, причем направление переноса вещества определяло тип эмульсий. Разрушение последних проводилось обычными способами. [c.116]

Вид граничных условий по поперечной к потоку координате зависит от того, на какой поверхности рассматривается массообмен на поверхности раздела твердая стенка—стекающая пленка жидкости или на межфазной границе газ—жидкость. Во втором случае имеет место адсорбция и десорбция газа. На твердой стенке граничное условие выражает ее непроницаемость для растворенного вещества [c.69]

Перенос вещества в диффузионных пограничных слоях рассматривался до сих пор ( 6.4) в приближении линейной теории диффузионного пограничного слоя. Для систем с интенсивным массообменом было показано ( 5.3), что большие потоки вещества через межфазную границу могут инициировать вторичное течение. Скорость этого течения Vn, направление которой нормально к поверхности раздела фаз, определяется непосредственно из величины диффузионного потока массы абсорбируемого вещества через межфазную поверхность (5.23) [c.109]

Скорость массообмена лимитируется проникновением вещества в частицу диффузионное сопротивление пограничной пленки около частицы пренебрежимо мало В1, > 10 ). Следовательно, для отдельно взятой частицы полное диффузионное сопротивление будет определяться выражением (62), а его абсолютная величина близка к 1/р. При этом на поверхности частицы концентрация Ср вещества (в условиях опыта — влаги) равновесна его концентрации в потоке агента V. В псевдоожиженном слое равновесная концентрация Ср может установиться лишь на поверхности частиц, расположенных у межфазной границы (газовый пузырь — непрерывная фаза). Внутри агрегата частиц можно предполагать застойную зону, куда условно не проникает ожижающий агент с рабочей концентрацией вещества У. По этой причине частицы внутри агрегата не принимают активного участия в массообмене (на их поверхности не устанавливается концентрация Ср). Однако агрегаты в псевдоожиженном слое постоянно разрушаются и возникают вновь. Через какой-то промежуток времени частицы, находившиеся внутри агрегата, окажутся в контакте с потоком ожижающего агента, на их поверхности установится концентрация Ср и начнется диффузия вещества внутрь частицы. Скорость массообмена будет при этом определяться долей частиц в слое, находящихся единовременно в активном контакте с газом, а следовательно, и частотой распада агрегатов. Так как при увеличении скорости ожижающего агента Ке) распад и возникновение новых агрегатов происходят более интенсивно, то скорость массообмена в псевдоожиженном слое должна возрастать при увеличении Ке. При достаточно высоких значениях Ке, когда каждая частица будет находиться в зоне высокого потенциала, можно ожидать замедления роста В при увеличении Ке и асимптотического его приближения к постоянным значениям, соответствующим величинам С. Такого же эффекта (приближение эффективных величин В к истинным, соответствующим чисто внутренней задаче) следует ожидать при переходе к более крупным частицам, условия обтекания которых более благоприятны (меньше поперечная неравномерность). Результаты опытов с частицами силикагеля размером 5,13 мм подтверждают это положение. [c.175]

Во многих системах, где происходит массообмен, по обе стороны от межфазной границы существуют градиенты концентраций. Рассмотрим в качестве простого примера двухфазную систему жидкость— [c.583]

К третьему уровню иерархии физико-химической системы можно отнести следующие явления. Элемент дисперсной фазы (пузырь, капля), в котором протекает массообмен 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, энергии и импульса через границу раздела фаз. В качестве исходной причины возникновения меж-фазных потоков субстанций, обусловливающей всю совокупность явлений, составляющих механизм межфазного переноса, естественно принять неравновесность гетерогенной системы, которая делится на несколько видов неравновесность по составу, неравновесность по температуре, скоростная неравновесность, т. е. несовпадение скоростей фаз. Каждый вид неравновесности обусловливает прежде всего перенос соответствующей субстанции и одновременно оказывает перекрестное (косвенное) влияние на перенос других субстанций. [c.132]

МАССООБМЕН НА МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЕ [c.208]

В ряде случаев влияния поверхностного сопротивления можно избежать. При некоторых условиях вблизи границы раздела фаз в жидкостях возможно самопроизвольное возникновение конвективных потоков, приводящее к значительному повыщению коэффициентов массоотдачи (от 3 до 10 раз). Это объясняется появлением на межфазной границе локальных градиентов поверхностного натяжения, зависящего от температуры или концентрации переносимого вещества. Такое явление (поверхностная или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангони, обусловлено потерей системой гидродинамической устойчивости. Межфазная поверхность стремится перейти к состоянию с минимумом поверхностной энергии, в результате чего расширяется область с низким коэффициентом поверхностного натяжения а. Заметим, что межфазные поверхности могут терять свою устойчивость только, если при протекании массообменных или тепловых процессов происходит локальное изменение коэффициента поверхностного натяжения а так, что он убывает с ростом температуры или концентрации. В противоположном случае (или, например, противоположном направлении переноса) межфазная неустойчивость, как правило, не возникает. Этот факт подтверждают экспериментальные и теоретические исследования скоростей абсорбции и десорбции слаборастворимых газов водой [43]. [c.352]

Условия возникновения неустойчивости поверхности раздела фаз зависят от соотношения вязкостей фаз, коэффициентов диффузии в них, а также от величины и знака поверхностной активности da/d и направления массопередачи. При наличии гетерогенных или гомогенных химических реакций поверхность, стабильная в их отсутствие, может потерять устойчивость [42], что приводит к усилению массопереноса [44]. Даже при незначительном торможении массопереноса в объемах фаз, например при наличии интенсивного турбулентного перемешивания, за счет эффекта Марангони удается уменьшить диффузионное сопротивление массопередаче на самой межфазной границе и тем самым интенсифицировать массообмен в целом [45]. [c.353]

Тепло- и массообмен при малых радиальных пульсациях пузырьков. В гл. 2 изложены постановка и результаты решений задач динамики, тепло- и массообмена одиночного сферического пузырька в безграничной жидкости, когда вместо использования средних температур в фазах Тi, и задания NUj, Nuj используются уравнения теплопроводности для возникающих полей температур что позволяет определять теплообмен на межфазной границе в процессе решения задачи. Эти решения подтверждают только что приведенные качественные оценки (1.6.13) — (1.6.19). При этом для малых возмущений относительно равновесного состояния [c.117]

При проектировании реакторов описываемого типа следует иметь в виду, что характер газового потока и размер пузырьков зависят от скорости потока, определяющей величину межфазной поверхности. Процессы, в которых большую роль играет массообмен, следует проводить при турбулентном режиме верхней границей служит скорость, при которой начинают образовываться газовые пробки. Размеры пузырьков зависят от свойств жидкости — ее вязкости, плотности, поверхностного натяжения и т. д. Высота столба жидкости, зависящая от степени насыщения ее пузырьками газа, также влияет на работу аппарата. [c.360]

Массоперенос в процессе жидкостной экстракции существенно ускоряется вследствие обновления поверхности контакта фаз при дроблении или коалесценции капель, что происходит практически во всех экстракционных аппаратах. Значительное влияние на массообмен оказывают поверхностные явления на границе раздела фаз. Вследствие градиента межфазного поверхностного натяжения сг возникает движение близко расположенных к границе раздела фаз слоев жидкости в направлении возрастания ст, приводящее к развитию межфазной турбулентности. Последнее приводит к ускорению массопереноса. В экстракционных аппаратах колонного типа часто большой вклад в массоперенос вносят концевые (или входные) эффекты. Входные эффекты особенно проявляются на входе в аппарат дисперсной фазы и при высокой скорости ее дробления на капли. [c.153]

Основным физико-химическим процессом экстракции является обмен между органической и водными фазами до достижения равновесия. Массообмен осуществляется на межфазной фанице в результате перехода компонентов из фазы, где концентрация выше равновесной, в фазу, где концентрация ниже равновесной. Массообмен лимитируется встречным диффузионным транспортом компонентов от границы в объем фазы и наоборот. Очень медленный процесс молекулярной диффузии должен быть дополнен конвективной диффузией в объеме фазы, для чего необходимо создать в ней интенсивные вихревые токи с помощью гидродинамических воздействий. [c.169]

Общая расчетная схема полунепрерывного массообменного процесса приведена на рис. 10.43, где показаны граница межфазной поверхности, количества фаз Ь и Во, непрерывный поток фазы X). Начальная концентрация вещества в непрерывно подаваемом потоке у в ходе процесса не изменяется начальная концентрация фазы х составляет х . Примем (это не обязательно), что фаза у , постоянно находящаяся в аппарате в количестве Во, первоначально находится в равновесии с т.е. ее концентрация у Р. [c.865]

Поскольку в аппаратах с твердым катализатором реакция идет на поверхности последнего, то перенос массы на границе фаз протекает в отсутствие химической реакции. Поэтому для определения значений коэффициентов межфазного переноса в аппаратах с суспендированным катализатором, где велика доля жидкой фазы, инертной в отношении химической реакции, можно пользоваться формулами, принятыми для расчета чисто массообменных аппаратов, например из [5]. Для неподвижного слоя катализатора за неимением более точных и обоснованных выражений в первом приближении, видимо, можно использовать формулу (7) для расчета коэффициентов межфазного переноса при наличии химической реакции. Тогда будут получены нижние значения коэффициентов массопередачи, поскольку здесь не учитывается увеличение градиента концентраций между жидкостью и газом, получаемое за счет протекания химической реакции на катализаторе, объем которого сравним с объемом жидкой фазы. [c.82]

Согласно изложенным выше соображениям, полярность эластомеров не является непосредственной причиной изменения эффективности их межфазного взаимодействия с поликапроамидом. Поскольку нитрильные адгезивы различаются по степени дисперсности, можно ожидать, что именно этот фактор оказывает решающее влияние на интенсивность диффузии через границу раздела фаз. Действительно, содержание фракций с молекулярной массой, меньшей 25-10, составляет 91,5% для СКН-18 14,6% для СКН-26 и 9%-для СКН-40 [561]. Понятно, что в соответствии со вторым законом Фика диффузионный массообмен интенсифицируется при снижении молекулярной массы диффузанта. Поэтому из трех перечисленных нитрильных эластомеров максимальную прочность адгезионных соединений должен обеспечивать СКН-18. Однако влияние молекулярной массы проявляется прежде всего при повышенных температурах, способствующих усилению подвижности макромолекул. Как следствие, зависимость, приведенная на рис. 48,2, почти параллельна оси абсцисс. В этом убеждают также данные рис. 50, относящиеся к комнатной температуре. С ростом последней зависимость, как и следовало ожидать, приобретает монотонно возрастающий характер (рис. 51) вследствие повышения гибкости макромолекул. В меньшей степени этот эффект характерен для эластомера с максимальным содержанием нитрильных групп (рис. 50,3), что служит дополнительным доказательством справедливости рассматриваемых представлений. [c.116]

Практич. значение самоорганизации на межфазной границе (эффект Марангони см. Массообмен) связано с возможностью существенно улучшить ряд важных процессов Х.т. абсорбционная и хемосорбционная очистка газов, жвдкост-ная экстракция, ректификация. [c.241]

Экспериментальные данные о работе капиллярных колонок со скваланом в качестве жидкой фазы, полученные Дести и Голдапом [12], не соответствовали теоретическим предсказаниям, базирующимся на уравнении Голея (2-68) [13]. Это дает основание считать, что добавочное сопротивление массообмену на межфазной границе, эквивалентное наличию некоторого отклонения от равновесия, [c.35]

Во многих промышленных процессах, зависящих от массообмена, имеют дело с одним или с несколькими потоками жидкости, движущимися турбулентно. В то же время существующая теория турбулентности совершенно недостаточна для того, чтобы служить фундаментом для разработки практически полезной теории переноса массы на межфазной границе. Трудности описания турбулентности представляют собой главный камень преткновения в создании теоретической основы массопередачи между фазами. Дж. Бэтчелор, известный авторитет в области механики жидкостей и газов, еще в 1957 г. писал, что современная технология нуждается в помощи при описании и анализе турбулентных течений и она не может ждать, пока ученые поймут тайны турбулентности [2]. Вероятно, подобная ситуация сохраняется и сейчас. Вследствие этого существующие корреляции данных, относящихся к скоростям переноса, по необходимости являются в значительной мере эмпирическими. Они оказываются исключительно полезными при проектировании технологического оборудования, хотя требуемые для этого сведения и корреляции очень часто отсутствуют или позволяют лишь приблизительно оценить размеры массообменных аппаратов и режимы их работы. Тем не менее инженер-конструктор должен применять имеющиеся средства в тесных рамках как ограничений по равновесиям, так и экономики. [c.15]

Расчет совместных процессов тепло- и массообмена можно провести с помощью дифференциальных уравнений, которые приведены выше (см. гл. 14). Однако решение этих уравнений найти чрезвычайно сложно, особенно в том случае, когда поток, омывающий межфазную границу, турбулентный. Поэтому в инженерных расчетах прибегают к приближенному методу, в котором используются аналогия процессов переноса массы, энергии и импульса и уравнения материального и энергетического балансов для межфазной граиицы. На основе гипотезы о неподвижной пленке в ряде случаев массообмен можно рассчитать по формуле Стефана. [c.400]

Конвективный массообмен между движущейся средой и межфазной поверхностью называется массоотдачей. Ее интенсивность характеризуется коэффициентом массоотдачи который равен отношению плотности диффузионного потока массы данного компонента на границе раздела фаз [c.388]