Режим молекулярной диффузии

Реакторы непрерывного действия. Уравнения для реакторов непрерывного действия, приведенные в гл. I, справедливы и в том случае, если такие реакторы используют для проведения гомогенной реакции в жидкой фазе. Реакторы с полным вытеснением применяют реже, чем реакторы с перемешиванием, так как молекулярная диффузия в жидкой фазе протекает медленно и для гомогенизации реагентов необходимо перемешивание. [c.121]

Так, при атмосферном давлении обычно Я, = 10 см, поэтому для широкопористого катализатора, размеры пор которого составляют примерно 1000 нм, должен реализоваться режим молекулярной диффузии. В тонких порах, размеры которых менее 100 нм, осуществится режим кнудсеновской диффузии. При стократном уменьшении давления К — 10 см и во всех порах диффузия соответствует кнудсеновскому режиму, тогда как стократное увеличение приведет к Я = 10 см с реализацией во всех порах, кроме очень тонкопористых систем, молекулярной диффузии. Значения коэффициентов диффузии в обеих областях могут существенно различаться, в кнудсеновской области П меньше, чем в области молекулярной диффузии. [c.309]

Режим молекулярной диффузии (кристаллизация в неподвижном растворе). Он осуществляется в вязких средах, а также при очень малых пересыщениях. Его следует ожидать при росте в тонких пленках жидкости и в капиллярах. Этот режим, видимо, часто возникает при выращивании кристаллов по методу встречной диффузии ( 3.4). При молекулярной диффузии количество перенесенного вещества определяется уравнением [c.41]

Диффузия в пористых катализаторах. Перепое компонентов реакционной смеси внутри гранулы катализатора осуществляется главным образом посредством диффузии. Интенсивность диффузии внутри гранулы зависит от фазового состояния и состава реакционной смеси, физических свойств компонентов, составляющих реакционную смесь, строения пористой структуры катализатора, температуры и давления каталитического процесса. При изучении диффузии внутри пористого катализатора прежде всего необ.хо-димо учитывать влияние строения пористой структуры на интенсивность диффузии. Пористость катализатора, размер пор, их извилистость, форма и взаимное расположение — основные свойства пористой структуры, оказывающие влияние на интенсивность диффузии компонентов реакционной смеси внутри гранулы катализатора. Пористость катализатора, равная объему свободного пространства в единице объема пористой массы, определяет долю сечения гранулы катализатора, доступную для диффузии. Извилистость пор характеризует увеличение среднего пути диффузии, относительно длины в направлении, перпендикулярном внешней поверхности гранулы. Размер пор определяет механизм диффузии реагентов внутри пористой массы катализатора, если реакционная смесь является газофазной. При диффузии газов в порах молекулы каждого компонента реакционной смеси испытывают сопротивление своему движению в результате столкновения с молекулами других компонентов и с поверхностью пор. Если размер поры значительно превосходит длину среднего свободного пробега молекул газа, то число взаимных столкновений между молекулами будет значительно больше числа столкновений молекул с поверхностью поры. Перенос вещества будет протекать по закону молекулярной диффузии в свободном пространстве. Если размер пор значительно меньше длины среднего свободного пробега молекул газа, то молекулы сталкиваются преимущественно со стенками пор и каждая молекула двигается независимо от остальных. Такая диффузия называется кнудсеновской. В случае, когда длина среднего свободного пробега молекул газа соизмерима с размером пор, имеет место переходный режим диффузии. На режим диффузии жидкостей размер пор не оказывает влияния пока не становится соизмеримым с размером молекул жидкости. [c.60]

Горение газа представляет собой совокупность сложных аэродинамических, химических и тепловых процессов. Первый из них — процесс смесеобразования предшествует горению или же протекает одновременно с ним. Этот процесс подчиняется законам турбулентной, реже молекулярной диффузии. Собственно процесс горения протекает в соответствии с законами химической кинетики и сопровождается выделением тепла, которое, в свою очередь, и предопределяет течение процесса. [c.39]

Несмотря на то, что теория двух пленок, предложенная Уайтменом— Льюисом, полезна при разработке абсорбционных систем, она заранее предполагает неподвижные пограничные слои и установившийся режим массопереноса, что крайне редко существует в реальных условиях. Так, например, газ стремится разрушить неподвижный слой, и к поверхности жидкости подходит турбулентный поток, тогда как жидкость в поверхностной пленке постоянно заменяется свежей жидкостью снизу. Чтобы исключить проблему диффузии в неустойчивом режиме, в частности, когда взаимодействие газ — жидкость кратковременно, Хигби предложил воображаемую модель, используя уравнение Стефана для молекулярной диффузии в колонне бесконечной высоты. [c.109]

Естественно, что чем больше тем дольше длится про-мывка и тем большую роль приобретает молекулярная диффузия, роль которой не учитывается ни одним из рассматриваемых уравнений [15, 30]. В связи с этим еще раз следует обратить внимание на, характер кривой.промывки. Если. экспериментально найдены условия.получения кривой с большим участ- ком вытеснения фильтрата в поршневом режиме, то можно рас- четным путем переходить от данных промывки осадка одной толщины к данным для другой толщины. Если же режим про-I мывки близок к идеальному смешению, то расчет даже для удаления основной массы фильтрата может привести к существенным ошибкам. [c.62]

Если константа скорости изменяется от температуры по экспоненциальной зависимости, то коэффициент молекулярной диффузии и, следовательно, изменяется пропорционально в степени 1,5. Поэтому при прочих равных условиях с повышением температуры режим реагирования быстро передвигается от кинетического к диффузионному. В промышленных процессах и особенно в научных кинетических исследованиях необходимо стремиться каталитические реакции проводить в кинетической или близкой к ней области реагирования. При данной температуре режим реагирования может быть приближен к кинетическому уменьшением размера зерен катализатора и увеличением скорости потока газа (или жидкости). [c.434]

Отмеченные недостатки двухпленочной модели массообмена, постулирующей стационарный режим массообмена, обусловили появление других моделей, постулирующих нестационарный режим процесса. Так, пенетрационная модель Хигби предполагает, что переход вещества совершается в результате сменяющих друг друга элементов данной фазы (жидкости, газа, пара) на межфазной поверхности, куда они доставляются из основной массы молекулярной диффузией. Вследствие быстрой смены этих элементов происходит пульсирующее обновление межфазной поверхности, причем из-за кратковременности контакта с ней каждого элемента массообмен протекает в условиях нестационарного режима, т. е. количество переходящего вещества изменяется во времени. Принимая, что все элементы каждой фазы контактируют с межфазной поверхностью одинаковое время Тэ, а на самой поверхности существует фазовое равновесие, Хигби получил следующее выражение [c.444]

При вынужденной диффузии необходимо знать гидродинамический режим движения потока газа. При ламинарном движении потока отдельные струйки движутся по стационарным путям и перенос вещества в потоке определяется скоростью движения потока, градиентом концентраций и коэффициентом молекулярной диффузии в соответствии с уравнением (4.9). [c.58]

В = ПД и диффузия реагентов внутри гранулы катализатора протекает по закону молекулярной диффузии в свободном пространстве. Если Кп > 10, то и диффузия реагентов внутри гранулы является кнудсеновской. И, наконец, при 1 < Кп <10 будет иметь место переходный режим диффузии. Для большинства промышленных катализаторов эффективный коэффициент диффузии в свободном пространстве пористой массы катализатора является величиной порядка 10 -10 м /с. [c.568]

Экспериментально установлено, что в турбулентном потоке вблизи поверхности всегда существует тонкая пленка (диффузионная пленка), которая неподвижна или имеет ламинарный режим движения. Перенос вещества в главной массе потока осуществляется конвективной диффузией, а через диффузионную пленку—молекулярной диффузией. Так как скорость переноса массы молекуляр гой диффузией гораздо меньше, чем конвективной, то очевидно, что главное сопротивление переносу массы оказывает диффузионная пленка. [c.248]

Обычно изотермический режим при близком к атмосферному давлении весьма вероятен даже при работе на столь малотеплопроводных катализаторах, как алюмосиликат. Это справедливо даже в отношении катализаторов, в порах которых преобладает молекулярная диффузия, и в случае реакций с высоким тепловым эффектом [c.170]

По абсолютной величине коэффициенты перемешивания (эффективной диффузии) в пенном слое примерно на 4 порядка выше коэффициентов молекулярной диффузии в той же среде. В пенном аппарате осуществляется интенсивный режим смешения потока жидкости, близкий к режиму полного смешения. [c.29]

Если размер пор соизмерим с длиной свободного пробега, то взаимодействие молекул газа между собой и с внутренней поверх- ностью катализатора вносит соизмеримый вклад в скорость диффузии. В этом случае имеет место переходный режим от молекулярной диффузии к кнудсеновской. В случае бинарной диффузии при постоянном давлении в круглом цилиндрическом капилляре бесконечной [c.163]

Более рациональным, с точки зрения эксплуатации, является режим работы с естественным подводом анализируемой смеси за счет молекулярной диффузии. В этом случае конструктивно возможно такое вьшолнение реакционной камеры, которое полностью исключает необходимость в побудителях, устройствах стабилизации расхода и специальных фильтрах. [c.666]

Турбулентный режим. При турбулентном режиме движения жидкости, участвующей в массообмене, быстрый перенос массы осуществляется за счет турбулентной диффузии. Экспериментальное исследование турбулентной диффузии при высоких числах Рейнольдса потоков показало, что коэффициенты турбулентной диффузии в 100 раз больше коэффициентов молекулярной диффузии в газах и в 100ООО раз в жидкостях . Данные для турбулентного потока газа в трубах могут быть описаны следующим приближенным уравнением [c.398]

Анализируя и сопоставляя работу насадочных и ситчатых колонн в режиме развитой свободной турбулентности, Кафаров приходит к весьма важному выводу о глубокой аналогии в работе этих различных по типу аппаратов. Он отмечает также, что в ситчатых колоннах режим эмульгирования наступает при меньших скоростях пара, чем в насадочных. В условиях развитой свободной турбулентности массообмен происходит весьма интенсивно. При этом роль молекулярной диффузии незначительна. Взаимное проникновение газовых и жидкостных вихрей настолько велико, что массообмен достигает максимального значения, не достижимого при всех прочих режимах. При этом роль физико-химических свойств системы не имеет существенного значения. [c.136]

Если режим движения жидкости ближе к турбулентному, чем к ламинарному, то, кроме рассмотренных выше факторов, следует учитывать также и влияние турбулентной диффузии. Значение коэффициента турбулентной диффузии во всем объеме реактора, за исключением его части, непосредственно прилегающей к стенке, как правило, значительно больше значения коэффициента обычной молекулярной диффузии, и его величина возрастает с увеличением числа Рейнольдса В этом случае радиальная компонента оказывает также положительное воздействие, поскольку она компенсирует эффекты, препятствующие применению простого метода расчета, описанного в 2.2 и основанного на модели идеального вытеснения среды. В ряде работ [22—29] показано, в каких случаях продольная турбулентная диффузия влияет обратным образом и исключает возможность исиользования модели идеального вытеснения. В недавно опубликованных работах Левеншпиля [30], Крамерса и Уэстертерпа [9] приводятся интересные обзоры по данному вопросу. В первом приближении для простых реакций можно принять, что, если [c.60]

Первый член в правой части равенства определяется расширением пика в результате молекулярной диффузии, обусловленной градиентом концентрации, второй член связан с параболическим профилем потока в капилляре. Соответствующее экспериментальное оформление (сведение к минимуму влияния мертвых объемов) описано в работе [112]. Предложен режим обработки данных с помощью подсоединенного вычислительного устройства [ИЗ]. [c.354]

Пульсация позволяет осуществить в колонне режим развитой свободной турбулентности , в котором скорость массопередачи не зависит от молекулярной диффузии в фазах, а целиком определяется турбулентной (коэффициент турбулентной диффузии примерно на 6 порядков выше коэффициента молекулярной диффузии ионов в растворе). Это, естественно, повышает эффективность колонны. [c.102]

Турбулентный режим. При турбулентном режиме область потока, прилегающая непосредственно к поверхности твердого тела, где протекает химическая реакция, называется вязким подслоем. Согласно взглядам Л. Д. Ландау и В. Г. Левича , при турбулентном режиме перенос вещества в вязком подслое осуществляется турбулентными пульсациями. Молекулярная диффузия играет роль только в самой глубине вязкого подслоя, прилегающего к твердой поверхности. [c.96]

Как упоминалось выше, в задачах о неустановившихся движениях существенный интерес представляет величина времени выхода на стационарный режим. При медленном обтекании сферы вращательное движение частиц жидкости обусловлено главным образом молекулярной диффузией вихря и безразмерный критерий времени X = vt/R представляет собой аналог диффузионного критерия Фурье хл = Характеристическое время установления в этом случае /х Поскольку малые значения Ке характеризуют, как правило, движение жидкости с большой вязкостью, то и времена установления такого процесса немалы. На рис. 1.10 приведены полученные в работе [37] зависимости У/Усс от т для твердой сферы и газового пузырька. Как следует из рисунка, времена установления для твердой сферы и пузырька при Ке < 1 близки по величине. Заметим, что скорость частицы достигает примерно 90% от величины установившейся скорости лишь по истечении безразмерного времени порядка нескольких единиц. Если рассмотреть, например, сферическую частицу радиусом 1 мм, падающую в воде при Ке < 1, то для нее время выхода на стационарный режим составляет величину порядка нескольких секунд. [c.29]

Наблюдаемое размазывание полос с понижением температуры вызывается не внешней продольной диффузией, а наличием внутренней диффузии. Действительно, как было показано в работе Туркельтауба, расширение полос практически не зависит от изменения температуры в силу того факта, что коэффициент продольной диффузии или мало меняется с температурой (в области молекулярной диффузии О ]/Г), или вообще не зависит от температуры (турбулентный режим) [4]. В случае внутренней диффузии эффективный коэффициент продольной диффузии обратно пропорционален коэффициенту внутренней диффузии. С понижением температуры уменьшается коэффициент внутренней диффузии, и тем самым ширина полосы увеличивается. [c.194]

Автомодельный режим может возникать в любых процессах, причем автомодельность может характеризоваться независимостью процесса от любого параметра, типичного для данного процесса, т. е. процесс может быть автомодельным в смысле независимости от линейных размеров системы, от некоторых физических свойств системы и т. д. Так, например, режим эмульгирования в насадочных колоннах является автомодельным в смысле независимости от молекулярных характеристик процесса, таких как молекулярная вязкость и молекулярная диффузия. Распределение жидкости по сече-йию насадочной колонны в режиме эмульгирования становится автомодельным, так как не зависит от диаметра колонны. [c.134]

Влияние пористой структуры катализатора паровой конверсии метана на производительность контакта. Активность нанесенных никелевых катализаторов зависит от температуры прокаливания глиноземного носителя. Эта зависимость проходит через максимум, что объясняется следующим. При испытании катализатора на проточно-циркуляционной установке конверсия метана протекает в кинетической области лишь при сравнительно низких температурах (300—400 С), а при температурах выше 800 С скорость реакции определяется процессом внутренней диффузии. В образцах катализатора, полученного на основе глиноземного носителя, прокаленного при 900° С, содержится значительное количество пор до 1000 А при относительно небольшом количестве транспортных пор. Такой пористой структуре катализатора в условиях конверсии метана соответствует режим кнудсеновской диффузии. Поскольку коэффициент диффузии при таком режиме меньше коэффициента молекулярной диффузии, то активность соответствующего катализатора оказывается ниже, чем у более крупнопористого образца, полученного на основе носи-теля, прокаленного при 1000° С, в порах которого осуществляется молекулярная диффузия. Дальнейшее увеличение температуры прокаливания чисто глиноземного носителя и связанное с этим отклонение пористой структуры контакта от оптимальной приводит к уменьшению его активности. Этим же объясняется отмеченное в производственных условиях снижение активности катализатора ГИАП-3 при увеличении температуры прокаливания его носителя до 1400° С. Повышение температуры прокаливания носителя, способствующее увеличению механической прочности и термостабильности катализатора, в сочетании с применением порообразую-щих добавок, одновременно стабилизирующих пористую структуру контакта, позволяет регулировать ее таким образом, что происходящее при этом улучшение его механических свойств не сопровождается существенным понижением активности контакта. [c.116]

Автомодельный режим может возникать в различных процессах. Автомодельность может характеризоваться независимостью процесса от любого параметра, т. е. он может быть автомодельным в смысле независимости от линейных размеров системы, от некоторых физических свойств системы и т. п. Так, например, режим эмульгирования в насадочных колоннах является автомодельным в смысле независимости от молекулярных характеристик процесса, таких, как молекулярная вязкость и молекулярная диффузия. Распределение жидкости по сечению насадочной колонны в режиме эмульгирования становится автомодельным, так как не зависит от диаметра колонны. Наличие автомодельных условий, т. е. исключение влияния одного или нескольких параметров на процесс, значительно упрощает задачу моделирования процесса в целом (например, моделирование процесса ректификации в насадочных эмульгационных колоннах). Режим так называемого захлебывания в диффузионных аппаратах является автомодельным режимом двухфазных систем. [c.122]

Формула Стефана (3.26) хорошо подтверждается экспериментально. Если обра- -1,0 зец кристалла соли со всех сторон, кроме одной, покрыть нерастворимой в воде пленкой и погрузить в воду открытой гранью вверх со строго горизонтальным ее расположением, то на поверхности соли быстро образуется пограничный слой раствора. Этот слой не должен стекать с поверхности соли, что обеспечивается плотным ограждением по боковому периметру кристалла. При этом видна четкая граница между раствором и водой, и наблюдается медленный рост толщины слоя соблюдаются условия (3.19) и (3.21) скорость молекулярно-диффу-зионного растворения соли в воде уменьшается по (3.25). Возмущающее действие погружения образца в жидкость вызывает конвективные потоки, которые медленно, около 3 ч, затухают, и процесс растворения переходит в режим молекулярной диффузии. Это видно на рис. 3-8, где приведены данные [108], обработанные нами в координатах Ig Wo и Ig т. Наклон прямой 1 равен V2, что подтверждает формулу (3.26). [c.53]

Рутил, титановые шлаки, лопарит хлорируют в виде брикетов с нефтяным коксом на скорость хлорирования оказывают влияние состав и помол шихты, размеры брикета, пористость и т. д. Основные стадии этого сложного гетерогенного процесса а) подвод хлора к поверхности брикета б) диффузия хлора внутрь брикета в) химическая реакция. Первый процесс обусловлен молекулярной диффузией и переносом хлора к поверхности брикета вследствие движения газов. Диффузия хлора через поры внутрь брикета сопровождается химической реакцией, в результате которой образуется зона хлорирования, имеющая некоторую протяженность. С течением времени зона хлорирования перемещается к центру брикета, вместо нее образуется зона непрохлори-рованного огарка . Глубина зоны хлорирования зависит от температуры. При 400—450° ее глубина превышает радиус брикета, поэтому концентрация хлора во всех точках брикета практически одинакова, и реакция протекает во всем объеме брикета (кинетическая область). С повышением температуры константа скорости реакции возрастает быстрее коэффициента дис х()узии, процесс переходит в диффузионную область, глубина зоны хлорирования уменьшается. Переходу в диффузионный режим соответствует линейная скорость" хлорирования Кр= (1 -7- 4)-10 см/с. Глубина хлорирования брикета удовлетворительно описывается уравнением [c.261]

Процессом растворения управляют, варьируя различными технологическими факторами. Для увеличения скорости растворения можно изменять температурный режим, увеличивать разность концентраций уменьшать вязкость путем измерения гидродинамических условий V предварительно измельчать исходное вещество. Зачастую технологический процесс растворения проводят в реакторах, имеющих рубашку для обогрева паром или охлаждения системы водой или рассолом, и перемешивающее устройство. Перемещивание позволяет перемещать слои жидкости в реакторе, увеличивая разность концентраций и заменяя молекулярную диффузию в жидкой среде на конвектньгй и турбулентный массоперенос. Интенсивное перемешивание уменьшает толщину диффузного пограничного слоя, интенсивный массоперенос способствует быстрому завершению растворения. [c.366]

Предпринимались попытки определить коэффициент извилистости и с помощью глобулярных моделей. Методом усреднения траекторий молекул вокруг шаров при молекулярной диффузии было получено соотношение р = 1 — (4 — я) (1 — е) /п. Для кнудсеновской диффузии авторами [124] было предложена зависимость Р = л/з/е- Используя вариационный метод двойственных оценок с помощью модели хаотично расположенных сфер, автор [125] получил верхнюю оценку коэффициента диффузионной проницаемости для молекулярной диффузии /7 = е/( 1 — 0,5 1п е). Сравнение экспериментальных данных с правой частью этого соотношения показало эффективность оценки. Из изложенного следует, что коэффициенты извилистости и КДП, определенные различными методами, обусловливаются моделью пористой структуры, которая используется для рассмотрения диффузии в пористых катализаторах. Тем не менее можно говорить о том, что теоретические методы позволяют получить правильную качественную оценку для этих коэффициентов. С достаточным основанием можно считать, что КДП является нелинейной функцией пористости вида П — г1(г). Обработка опубликованных в литературе экспериментальных данных позволила оценить интервалы изменения КДП промышленных катализаторов 0,25е < Я < е/(1 — 0,51пе) 0,1е < Якн < 0,5е и средние значения Ям = 0,5е, Лкн = 0,25е. Различие средних оценок и интервалов изменения КДП можно считать согласием с выводом о различии КДП для разных режи- [c.165]

Для движения потока в изотропной однородной пористой среде (в условиях капиллярной-модели) характерна пропорциональность коэффициента конвективной диффузии средней скорости потока. Известно, что поток жидкости (или газа), двигаясь в системе взаимно связанных капилляров (в насыпанном слое мелкозернистого твердого материала), интенсивно перемешивается. Таким образом, скорость потока изменяется случайным образом, в зависимости от, геометрических и гидравлических парайетров пористой среды. При введении в поток индикатора, не влияющего на свойства жидкости (газа) и режим ее движения, можно установить связь между концентрацией индикатора и локальной скоростью его частиц. Эта-связь будет характеризоваться законом диффузии в турбулентном потоке [24, 25]. Причем следует отметить, что процесс переноса динамически нейтральной примеси не зависит от коэффициента молекулярной диффузии, который обычно мал по сравнению с коэффициентом конвективной диффузии. Другими словами, коэффициент конвективной диффузии определяется такими осредненными параметрами, как скорость потока, ее вязкость и гидравлический, радиус (или другой определяющий линейный размер пористой среды). В качестве структурного параметра можно также использбвать порозность или коэффициент проницаемости с учетом коэффициента формы частиц или пор. [c.39]

Перемещение реагентов к реакционной поверхности существенно зависит от скорости (ы) движения жидкости (газа) вдоль твердой поверхности Если ы=0, перенос к поверхности оЬуществляет-ся только за счет молекулярной диффузии. При ламинарном движении потока перенос реагентов к поверхности из глубины жидкости (по нормали к направлению движения жидкости) также осуществляется только молекулярной диффузией. Если величина и достаточно велика, то на направленное движение накладывается хаотическое движение отдельных небольших объемов жидкости, затухающее вблизи стенки канала. Такой режим движения называют турбулентным. Вблизи стенки На расстояниях б, меньших 10vжRe /и ( ж — кинетический коэффициент вязкости жидкости, ему сек Не — критерий Рейнольдса и — скорость потока, см/сек), движение жидкости, по-видимому, ламинарно [10]. На расстояниях от стенки, превышающих б, вещество переносится по нормали к потоку хаотическими пульсациями жидкости, а у стенкИ в слое толщиной б — молекулярной диффузией. [c.104]

В малотоннажном производстве эластомеров также можно выделить ряд типовых процессов, требующих интенсивного смешения введение различных наполнителей в эластомеры, отмывка их от солей, растворение в органических растворителях, водное или безводное выделение полимеров из их растворов в виде крошки, обеспечение протекания химических реакций в полимерах или в их растворах. Данные процессы могут проходить в условиях ламинарного и реже турбулентного смешения. Характерной особенностью таких процессов является высокая вязкость одного или нескольких смешиваемых компонентов. Высокая вязкость дисперсионной среды приводит практически к полному подавлению турбулентности и значительному ослабле->1ию молекулярной диффузии. [c.16]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология