Конвекция переноса вещества

Электрохимические процессы имеют большое практическое значение. Электролиз используется в металлургии легких и цветных металлов, в химической промышленности, в технологии гальванотехники. Химические источники тока широко применяются в быту и промышленности. Электрохимические процессы лежат в основе многих современных методов научного исследования и анализа. Новая отрасль техники — хемотроника — занимается созданием электрохимических преобразователей информации. Одной из важнейших задач электрохимии является изучение коррозии и разработка эффективных методов защиты металлов. В неравновесных условиях в растворе электролита возникают явления переноса вещества. Основные виды переноса диффузия — перенос вещества, обусловленный неравенством значений химических потенциалов внутри системы или между системой и окружающей средой конвекция — перенос вещества под действием внешних механических сил миграция — перенос заряженных частиц в электрическом поле, обеспечивающий электрическую проводимость электролитов. [c.455]

Конвекция — перенос вещества (и теплоты) при макроскопическом перемещении среды. Конвекция в результате разности телшератур и концентраций под действием силы тяжести называется естественной. Если перемещение вещества вызывается внешними силами, то протекает вынужденная конвекция. [c.255]

Массоперенос вещества осуществляется за счет диффузии (самопроизвольного переноса вещества к поверхности электрода вследствие беспорядочного теплового движения молекул и ионов), миграции (переноса вещества за счет градиента электрического поля) и конвекции (переноса вещества, связанного с механическим перемещением). Конвекцию принимают во внимание только в методах, использующих перемещивание раствора. Действие сил диффузии и миграции определяется градиентом концентрации и градиентом электрического поля. Градиент поля по отношению к определяемому компоненту может быть уменьшен введением в раствор других [c.12]

Перенос вещества и тепла в движущихся жидкости или газе происходит двумя способами молекулярной диффузией и конвекцией — переносом вещества и тепла вместе с движущимся потоком. Гетерогенно-каталитический процесс всегда проводится в условиях интенсивного движения реакционной смеси при этом в основной части (ядре) потока молекулярная диффузия играет пренебрежимо малую роль, а благодаря конвекции достигается выравнивание состава и температуры смеси. Вблизи активной поверхности создается тонкий слой, внутри которого концентрация реагентов и температура меняются от их значений в ядре потока до приповерхностных значений, определяемых соотношением скоростей тепло- и массопереноса и химической реакции. Эта часть потока называется диффузионным пограничным слоем. [c.112]

Другие процессы функционирования биосистем — перемещение компонент активным путем — миграция (6.24), активные процессы конвекции — перенос веществ (6.30) в организме животного с потоками крови или других веществ (лимфы, воздуха в легких, воды в жабрах), активный синтез веществ (6.42) — происходят с непосредственной затратой метаболической энергии. Темпы расходования энергии в каждом компартменте пропорциональны интенсивности активных процессов, происходящих в нем. Обозначим через wf > скорость потребления энергии в /-М компартменте за счет некоторого активного процесса его функционирования (переноса или преобразования компонент) [c.181]

Известно, что в любом химическом процессе, особенно в гетерогенном, явления переноса вещества и энергии играют существенную роль, В большинстве случаев стремление к оптимальному проведению процессов сводится к тому, чтобы обеспечить условия достижения режима химической кинетики. Для этого создают интенсивную конвекцию среды, облегчают доступ реагентов к активным поверхностям за счет измельчения катализаторов или нанесения на соответствующие носители и т. д. В результате уменьшается сопротивление процессам переноса и устраняется влияние последних на химическую реакцию. [c.186]

При выводе уравнений диффузионной модели предполагается, что перенос вещества осуществляется двумя путями конвекцией с постоянной скоростью и и диффузией с эффективным коэффициентом диффузии О, величина которого также не зависит от координаты. При этом уравнение материального баланса, описывающее изменение концентрации реагента по длине реактора при стационарном протекании химической реакции первого порядка, имеет вид [c.208]

Графически функция распределения ( 1.18) представлена на рис. 1.2. Эта функция тем более размазана , чем меньше число Пекле, т. е. чем большую роль в переносе вещества играет диффузия 0 сравнению с конвекцией. По мере увеличения числа Пекле функция распределения ( 1.18) сужается, обращаясь в пределе (Ре -> оо) в б-функцию. [c.209]

Перенос вещества из потока газов к внешней поверхности зерен происходит двумя. способами . нормальной (обычной молекулярной) диффузией и конвекцией. Промышленные процессы проводятся в условиях интенсивного движения реагирующего газа при этом в основной части потока нормальная диффузия играет пренебрежимо малую роль, а благодаря конвекции достигается выравнивание состава по сечению аппарата. Вблизи внешней поверхности зерен создается тонкий слой, внутри которого концентрация реагентов меняется от значений в основном потоке Ср до концентраций на внешней поверхности зерен С , определяемой соотношением скоростей тепло- и массопереноса и химической реакции. Эта область называется диффузионным пограничным слоем. Поток вещества сквозь диффузионный пограничный слой сферического зерна катализатора определяется из уравнения [c.53]

В твердой фазе конвекция отсутствует и перенос вещества характеризуется уравнением массопроводности, аналогичным уравнению молекулярной диффузии [c.581]

Молекулярная диффузия даже в газообразной среде протекает весьма медленно. Поэтому уже при малых скоростях перемешивания естественная или вынужденная конвекция увеличивает массо-передачу во много раз. Перенос вещества, обусловленный одновременно молекулярной диффузией и макроскопическим движением среды, называется конвективной диффузией. [c.277]

Для того чтобы установить закономерности диффузии в стационарных условиях, Нернст (1904 г.) сделал упрощающее предположение о том, что на поверхности твердого тела имеется неподвижный слой (толщиной 6), в котором справедливы только законы диффузии. На расстоянии 6 от поверхности электрода происходит резкий переход к объему раствора, в котором перенос вещества происходит только при помощи конвекции. [c.336]

Скорость реакции в гетерогенных системах. Гетерогенные реакции имеют большое значение в технике. Достаточно вспомнить, что к ним принадлежат, например, горение твердого топлива, коррозия металлов и сплавов. Рассматривая гетерогенные реакции, нетрудно заметить, что они тесно связаны с процессами переноса вещества. В самом деле, для того, чтобы реакция, например, горения угля могла протекать, необходимо, чтобы диоксид углерода, образующийся при этой реакции, все время удалялся бы от поверхности угля, а новые количества кислорода подходили бы к ней. Оба процесса (отвод СО2 от поверхности угля и подвод О2 к ней) осуществляются путем конвекции (перемещения массы газа или жидкости) и диффузии. [c.196]

При установившемся режиме реакции все три стадии ее протекают с равными скоростями. При этом во многих случаях энергия активации реакции невелика, и вторая стадия (собственно химическая реакция) могла бы протекать очень быстро, если бы подвод реагирующего вещества к поверхности и отвод продукта от нее тоже происходили бы достаточно быстро. Следовательно, скорость таких реакций определяется скоростью переноса вещества. Можно ожидать, что при усилении конвекции скорость их будет возрастать. Опыт подтверждает это предположение. Так, реакция горения угля, химическая стадия которой требует небольшой энергии активации, протекает тем быстрее, чем интенсивнее подается к углю кислород (или воздух). В случае гетерогенных реакций в уравнения закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, обычно представляет собой постоянную величину и поэтому входит в константу скорости. Например, для реакции горения угля [c.196]

Наконец, в явлениях массопереноса необходимо учитывать конвекцию, т. е. перенос вещества вместе с потоком движущейся жидкости. Этот механизм переноса можно создать искусственно, применяя размешивание, но он может возникнуть и в естественных условиях, так как изменение концентрации приводит к изменению плотности раствора и возникновению потоков жидкости. Изменение плотности происходит также тогда, когда протекание реакции сопровождается выделением тепла и разогреванием приэлектродного слоя. При образовании газообразных продуктов размешивание раствора вызывают пузырьки газа, отрывающиеся от поверхности электрода. Конвекция не может устранить диффузию, так как, согласно законам гидродинамики, при приближении к поверхности электрода скорость движения жидкости падает и, с другой стороны, одновременно возрастает градиент концентрации. Поэтому всевозрастающую роль начинает играть перенос вещества диффузией. [c.148]

Третий механизм массопереноса — конвекция, т. е. перенос вещества вместе с потоком движущейся жидкости. В естественных условиях конвекция возникает в результате градиента плотности раствора, который, в свою очередь, является следствием концентрационных изменений в поверхностном слое или связан с разогреванием приэлектродного пространства при прохождении электрического тока. Естественная конвекция может быть вызвана также выделением газообразных продуктов электродных реакций. Искусственную конвекцию создают перемешиванием электролита или вращением самого электрода. Конвекция не может устранить диффузию, так как по мере приближения к электроду скорость движения жидкости относительно его поверхности падает, а градиент концентрации возрастает. Поэтому чем ближе к поверхности, тем большую роль в процессе массопереноса играет диффузионный механизм. [c.172]

Перенос вещества посредством конвекции [c.28]

Перенос вещества из одной зоны в другую при осуществлении химических транспортных реакций может быть увеличен за счет конвекции. Если ампулу с очищаемым веществом и газом-реагентом (например, ампулу, схематично изображенную на рис. 2) расположить наклонно так, чтобы горячий конец ампулы был обращен к низу, то в ампуле возникнут конвекционные потоки газа-реагента и продуктов реакции. Эффект конвекции может значительно повысить скорость процесса массопереноса. Для того чтобы оценить выход транспортной реакции за счет перемещения газообразных веществ путем конвекции, рассмотрим устройство, схематично изображенное на рис. 6. Установка представляет собой кольцевую трубку длиной г и радиусом г, которая находится при температуре Т , за исключением отрезка длиной 2т последний нагрет до температуры (Тг>Т ). [c.28]

Конвективный перенос теплоты происходит вместе с переносом вещества при конвекции в газе и жидкости. При ламинарном течении жидкости по трубе и постоянной температуре стенки теплообмен аппроксимируется формулами (с1 и Г — диаметр и длина трубы) [c.261]

Так как для жидкостей число Прандтля на три порядка больше, чем для газов, то при одинаковых числах Рейнольдса число Пекле для жидкостей в 1000 раз больше, чем для газов. Это означает, что благодаря малости коэффициента диффузии в жидкостях основная часть переноса вещества обязана конвекции. В газах скорость молекулярного переноса настолько велика, что конвективный перенос играет значительно меньшую роль, чем в жидкостях. [c.375]

Скорости подвода реагентов к реакционной поверхности и отвода от нее продуктов реакции (стадии переноса вещества) определяются процессами конвекции и диффузии они зависят от вязкости среды и других факторов, которые не учитываются законом действия масс. Поэтому часто к гетерогенным взаимодействиям закон действия масс неприменим, о если лимитирующей стадией гетерогенной реакции является само химическое взаимодействие, а не диффузионные или какие-либо иные сопутствующие процессы, можно ожидать совпадения между измеренной скоростью реакции и вычисленной по закону действия масс. [c.119]

Таким образом, величина К зависит от соотношения 5/1/ (О и й более или менее постоянны для каждого опыта), т. е. тем больше, чем больше отношение поверхности электрода к объему раствора в ячейке отсюда следует, что целесообразно применять большие электроды и уменьшать объем испытуемого раствора для увеличения скорости электролиза. Сокращению продолжительности анализа способствует и увеличение скорости перемешивания раствора, так как при этом уменьшается б и возрастает перенос вещества к диффузионному слою конвекцией. Этот прием широко используется в электрогравиметрическом анализе. [c.194]

Приведенные уравнения концентрационной поляризации по Нернсту содержат величину б, теоретический расчет которой связан с большими трудностями. При выводе уравнений предполагалось, что конвективный перенос вещества отсутствует, а толщина диффузионного слоя постоянна. Однако опыт показывает, что б существенно зависит от свойств раствора — плотности, вязкости, коэффициентов диффузии реагирующих ионов. Изменение концентрации электролита в приэлектродном пространстве немедленно влечет за собой изменение плотности и вязкости раствора. Возникающие конвективные потоки вызывают медленное движение электролита у поверхности электрода, называемое естественной конвекцией. Экспериментальные и расчетные данные свидетельствуют о том, что в условиях естественной конвекции толщина диффузионного слоя составляет величину порядка 10-2 см. [c.282]

В движущейся фазе перенос вещества осуществляется также за счет конвекции, т. е. путем относительного перемещения отдельных участков потока. Процесс переноса компонента от границы к ядру фазы характеризуется уравнением (3) из табл. I. 5(с — с р — разность концентраций в ядре и на границе). Коэффициент массоотдачи р в фазе является сложной функцией совокупности параметров. Фактически р есть решение системы уравнений, описывающей конвективный перенос компонента в фазе. [c.33]

Местная величина этой выталкивающей силы зависит от местной температуры и (или) концентрации. Эта сила записывается как результат уравновешивания инерционных сил н сил вязкости. Справедливо также уравнение неразрывности. Уравнение энергии учитывает наряду с другими видами энергии диффузионный и конвективный перенос тепловой энергии. Наконец, для каждого химического компонента существует уравнение баланса диффузии, конвекции и производства или исчезновения данного компонента в результате химических реакций. Поскольку уравнения теплового и химического переноса вещества зависят от и С, они не разделяются, а входят совместно в последнее уравнение баланса сил и количества движения в виде члена В. Это главный источник сложности механизмов, управляющих течениями, вызванными выталкивающей силой. Такие же трудности возникают и в других случаях, в которых сила зависит от местной плотности, например во вращающемся объеме жидкости. [c.28]

Таким образом, это граничное условие учитывает перенос вещества вдоль поверхности как за счет конвекции, так и за счет поверхностной диффузии. Величина потока поверхностноактивного вещества с поверхности капли в объем жидкости определяется более медленным из двух процессов адсорбцией — десорбцией или диффузией. При малом времени установления адсорбционного равновесия (большая скорость адсорбции) можно считать, что существует равновесие между локальными значениями адсорбции Г (0) и значением объемной концентрации у поверхности с (а, 0). Это значит, что между Г (0) и с (а, 0) должна существовать такая же функциональная связь, как и между Го и q, где Го — равновесное значение адсорбции на неподвижной поверхности при объемной концентрации Со. [c.132]

В движущихся газах и жидкостях происходит конвективный теплообмен. Здесь к молекулярному переносу добавляется конвекция — перенос вещества, импульса и энергии макроскопическими объемами среды, перемещающимися с некоторой скоростью и. При этом вектор скорости и выступает как расходная характеристика ее численное значение равно объему вещества, переносимому за единицу времени через единицу поверхности, нормальной к налравлению скорости. Умножая скорость и на плотность теплосодержания (энтальпию) ph, получаем конвективный поток теплоты q,, [c.179]

В одной из моделей механизм массопередачи упрощенно представляется следующим образом (рис. 9). Предполагается, что с обеих сторон от поверхности соприкосновения фаз в каждой фазе образуются неподвижные или ламинарнс движущиеся диффузионные слои (пленки), отделяющие пов(фхность соприкосновения от ядра потока соответствующей фазы. Ядро фазы — основная масса фазы, где происходит интенсивное перемешивание. Принимается, что вследствие I-нтенсивного перемешивания в ядре фазы концентрация распзеделяемого вещества в нем практически постоянна. Перенос вещества в ядре фазы осуществляется преимущественно за сче-- конвекции, т. е. движущимися частицами гасителя (распределяющей фа- ы) и распределяемого (целевого) вещества. [c.52]

Массообмен. Перенос массы в направлении поверхности соприкосновения фаз может происходить в результате молекулярной диффузии и конвекции, вызва.нной гидростатическими силами, течением потока или использованием перемешивающих устройств. Отдельный случай представляет собой движение турбулентного потока, в котором можно различить две зоны ламинарную (слой около поверхности соприкосновения фаз — пограничный слой) и турбулентную (в глубине фазы — ядро потока). В ламинарном слое вещество переносится главным образом молекулярной диффузией, а в турбулентной зоне в основном вследствие завихрений и флуктуаций локальной скорости движения потока. Считая, что в турбулентной зоне концентрация практически выравнивается, перенос массы в такой системе можно представить как молекулярную диффузию через пограничный ламинарный слой с эффективной (приведенной) толщиной. Перенос вещества до границы раздела фаз называется массоотдачей. [c.244]

Расчет по формуле (4.150) не учитывает эффекта переноса вещества в результате конвекции при растекании жидкости в капле за время ее образования. Попытка учета такого эффекта в радиальном направлении впервые бьта осуществлена в работе Ильковича [329]. Согласно расчетам Ильковича, локальный поток вещества на каплю определяется выражением ,, [c.212]

В объеме жидкого электролита с постоянной концентрацией перенос вещества осуществляется конвекцией, т. е. движением жидкости. При наличии градиента концентации в слое жидкости становится возможным перенос молекулярной диффузией. [c.209]

Перенос вещества внутри фазы может происходить только путем м о -лекулярной диффузии либо путем конвекции и молекулярной диффузии одновременно. Посредством одной молекулярной диффузии вещество перемещается, строго говоря, лищь в неподвижной среде. В движущейся среде перенос вещества осуществляется как молекулярной диффузией, так и самой средой в направлении ее движения или отдельными ее частицами в разнообразных направлениях. [c.390]

Теория Нернста не вполне соответствует действительности. Вычисленная на его основе толщина диффузионного слоя оказывается настолько большой (порядка миллиона молекулярных слоев), что нельзя его считать невовлекаемым в процесс перемешивания. В действительности перенос вещества между поверхностью раздела фаз и их внутренними участками обеспечивается не только молекулярной диффузией, но и конвекцией, связанной [c.322]

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

Скорость взаимодействия, протекающего в гетерогенной системе, зависит и от состояния реакционной поверхности, которое во многом определяется интенсивностью отвода от поверхности продуктов реакции. Последние иногда резко искажают свойства реакционной поверхности, изменяя ее природу. Так, например, ведет себя сульфат свинца, образующийся на поверхности раздела РЬ —H2SO4 при реакции свинца с серной кислотой. Весьма существенно меняются свойства поверхности алюминия за счет образования на ней пленки АЬОз, малопроницаемой для кислорода, что значительно снижает скорость гетерогенной реакции 4А1 + ЗО2 — 2AI2O3. Стадия отвода реагента от поверхности раздела фаз также часто лимитирует процесс. Скорости подвода реагентов к реакционной поверхности и отвода от нее продуктов реакции (стадий переноса вещества) определяются процессами конвекции и диффузии они зависят от вязкости среды и других факторов. [c.114]

Запишем теперь уравнения тепло- и массообмена для Ьп-й зоны (рис. Х-33). Так же, как и в случае теплообмена, массообмен происходит в двух направлениях — радиальном и осевом. Радиальный перенос вещества осуществляется в основном диффузией, а осевой (продольный) — конвекцией. Уравнения материального баланса записываются для каждого из четырех компонентов и решаются совместно. В эти уравнения входят потоки данного компонента, поступающие и уносимые в радиальном и осевом направлении, а также возникающие или исчезающие в ходе химического превращения. Уравнения материальных балансов компонентов считаются последовательно для каждой из продольных зон. В них учитываются, кроме изменения потоков вещества от зоны Ьп — 1 через зону Ьп в зону + 1, потоки вещества от зоны спчерез зону Ъп в зону ап. [c.236]

Согласно современным представлениям [19], вблизи границы раздела существует пограничный диффузионный слой, в котором и происходит резкое изменение концентрации. В пограничном диффузионном слое перенос вещества осуществляется за счет молекулярной диффузии и конвекции обычцо считают, что роль турбулентной диффузии в диффузионном слое пренебрежимо мала и становится заметной и даже преобладающей за его пределами, а именно в вязком пограничном слое. В жидкостях толщина пограничного диффузионного слоя намного меньше толщины вязкого пограничного слоя. Указанные представления позволяют записать уравнение конвективной диффузии в диффузионном пограничном слое в следующем виде [c.54]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология