Равновесие межфазная поверхность

В случае процесса, проходящего в гетерогенной системе и сопровождаемого химической реакцией, расчет наблюдаемой скорости превращения требует, как указано выше, учета параметров, имеющих решающее значение как для скорости химической реакции, так и для массопереноса. Для этого можно использовать различные методы. Один из них основан на изучении превращения в установившемся режиме, т. е. в состоянии динамического равновесия. Предположим, что реакционная система состоит из твердой фазы и жидкости (газа), в ядре потока которой концентрация исходного вещества постоянна и равна С. Исходное вещество диффундирует к межфазной поверхности и достигает там концентрации С . Скорость химической реакции на межфазной поверхности является функцией этой концентрации. При установившемся режиме количество исходного вещества, которое должно прореагировать в единицу времени на единице межфазной поверхности, равно количеству исходного вещества, перенесенному в зону реакции в результате диффузии. Для реакций первого порядка справедлива следующая зависимость [c.247]

Кинетику превращений в системе жидкость (газ) — жидкость рассмотрим на примере абсорбции газа жидкостью с одновременной химической реакцией, считая, что реакция проходит только в жидкой фазе. До сих пор для количественного описания таких превращений широко используется пленочная теория Льюиса и Уитмена. Согласно этой теории, по обе стороны межфазной поверхности газ —жидкость существуют ламинарные пограничные пленки. Несмотря на то, что пленочная теория гидродинамически обоснована только для газа, она проста и удобна в применении. Предполагается, что вне пределов пограничных плепок изменения концентраций реагентов в направлении, перпендикулярном к межфазной поверхности, отсутствуют, а на поверхности контакта фаз между концентрациями абсорбируемого компонента в жидкости и в газе устанавливается динамическое равновесие. В состоянии такого равновесия зависимость между парциальным давлением газообразного компонента и его концентрацией в жидкой фазе выражается законом Генри. Принятая модель процесса используется при изотермических условиях его проведения. [c.250]

Рис. 111-21. Градиенты парциальных давлений компонентов в элементе катализатора и в прилегающей к нему пленке потока р — парциальные давления компонентов p J — парциальное давление компонента А у межфазной поверхности рд — равновесное парциальное давление компонента А в газовой фазе равновес-

Гетерогенная модель. Если скорость процесса массопередачи мала или сравнима со скоростью реакции Гел, то равновесие между газом и жидкостью не достигается нигде в объеме аппарата. Поэтому для расчета степени превращения уравнения (5.13) и (5.14) должны быть решены одновременно. В этом случае конверсия строго зависит от величины межфазной поверхности а, и выбор условий проведения процесса более сложен, чем в первом случае. Типичными примерами таких ситуаций являются процессы абсорбции, сопровождающиеся химической реакцией абсорбируемого компонента в жидкой фазе. [c.241]

Насадочные колонны для массообменных процессов между газом и жидкостью чаще всего работают в пленочном режиме. Максимальная межфазная поверхность в этом случае равна поверхности элементов насадки, однако в действительности она обычно меньше по следующим причинам. Во-первых, часть поверхности насадки может быть не смочена жидкостью. Во-вторых, часть жидкой фазы внутри насадки пребывает в аппарате длительное время и вследствие этого находится в равновесии с газом. Межфазную поверхность, образованную этой застойной жидкостью, называют статической. В процессах абсорбции, десорбции, ректификации она является неактивной эффективная удельная поверхность контакта фаз равна разности между смоченной и статической поверхностью насадки а = —Сст- [c.50]

В силу стохастического характера явлений массопереноса достижение равновесного состояния подчинено вероятностным законам распределения энергии и массы в пространстве и во времени. Если принять во внимание, что время контакта фаз пропорционально межфазной поверхности, то можно сделать вывод о том, что степень достижения равновесия на ступени разделения определяется гидродинамической обстановкой и в конечном счете должна учитываться при определении эффективности. [c.352]

В силу стохастического характера явлений массопереноса достижение равновесного состояния подчинено вероятностным законам распределения энергии и массы в пространстве и по времени. К наиболее существенным причинам неравновесности массообмена в промышленных условиях можно отнести неравномерность распределения частиц потока по времени пребывания обратный заброс фаз в результате механического уноса недостаточное время контакта фаз или межфазной поверхности контакта. Степень достижения равновесия на ступени разделения определяется гидродинамикой потоков жидкости и пара, их взаимодействием, а следовательно, временем пребывания в аппарате. [c.86]

Как указывалось ранее, лиофобные эмульсии принадлежат к агрегативно неустойчивым системам, которые стремятся достигнуть состояния равновесия, что обусловлено избытком свободной энергии на межфазной поверхности. [c.17]

Наиболее доступными для экспериментального измерения поверхностного натяжения являются системы жидкость — газ и жидкость — л<идкость. Существующие методы дают возможность измерять о при неподвижной межфазной поверхности (статические) и при движущейся поверхности раздела (динамические). Недостатком динамических методов является сложность их аппаратурного оформления. Кроме того, для надежного измерения поверхностного натяжения растворов, и, в частности, растворов ПАВ, необходимо их выдерживать определенное время для установления равновесия в поверхностном слое. [c.11]

В жидкостных системах в колоннах и аппаратах с мешалками существует динамическое равновесие между процессами распада капель и их коалесценцией [3]. Если при перемешивании образуется эмульсия, в которой размер капель меньше стабильного, капли будут коалесцировать до стабильной величины [14]. Капли небольшого размера, создающие большую межфазную поверхность, образуются только при перемешивании мешалками большой мощности. [c.172]

Разность Xi—X определяется на диаграмме как горизонтальное расстояние между кривыми для данного значения У. При абсорбции чистого компонента на стороне газа нет сопротивлений массопередаче. Концентрация на межфазной поверхности j соответствует равновесию с газовой фазой под общим давлением Р. Уравнение массопередачи имеет вид [c.578]

На межфазной поверхности наблюдается состояние равновесия, или же воздух насыщен и его температура /г равна температуре поверхности воды Т . Энтальпия воздуха, имеющего температуру ti и влагосодержание Хг, которое определяется по кривой насыщения (ф=100%) на диаграмме (— X, будет равна [c.610]

Рассмотрим сначала равновесие между поверхностью и раствором ПАВ. Изотерма адсорбции Гиббса дает понижение межфазного натяжения (— da) в результате добавления ПАВ [c.84]

Из элементарных курсов общей химии и физики известно, что вследствие сильно развитой межфазной поверхности гетерогенные дисперсные системы обладают большим избытком свободной поверхностной энергии и, следовательно, являются в принципе неустойчивыми. Позднее мы еще обсудим этот вопрос и покажем, что данное утверждение, которое во многих случаях не вызывает возражений, не настолько правильно, чтобы его абсолютизировать. Возникает вопрос, в какой мере законно применение термодинамических зависимостей к фазовым равновесиям в подобных системах. Гетерогенная дисперсная система может приобретать за счет замедляющих кинетику факторов известную устойчивость, позволяющую ей существовать в дисперсном состоянии достаточно долгое время. В течение этого времени вследствие молекулярного переноса (например, благодаря диффузии) устанавливается такое распределение ее компонентов в объеме и около межфазной поверхности, которое практически соответствует равновесию. Очевидно, что возникающее при этом состояние можно анализировать на основе соответствующих термодинамических представлений. В дальнейшем при рассмотрении вопроса об устойчивости лиофобных коллоидов мы увидим, что такая устойчивость действительно существует и именно этим объясняется широкое распространение подобных систем в природе и технике. Если какая-либо жидкость диспергирована в газе или п другой жидкости, то состояние относительного равновесия, о котором мы говорили выше, придает частицам термодинамически устойчивую форму — форму с наименьшей поверхностью, которая в простейшем случае является сферической. Не будем приводить других аргументов в пользу приложимости термодинамики равновесных систем к дисперсным гетерогенным системам и перейдем к рассмотрению самой термодинамики гетерогенных систем. [c.75]

Равновесие на границе трех фаз. Угол смачивания. Если капля, нанесенная на поверхность другого вещества, не растекается полностью, то на ее периферии вдоль одной линии пересекаются три межфазные поверхности — капля/пар, подложка/пар и капля/подложка. Углы, под которыми встречаются эти поверхности, очевидно, не могут быть произвольными. При изменении длины линии пересечения изменяются форма капли г, оо [c.87]

Термодинамика микрогетерогенных систем. Изложенные выше представления недостаточны для того, чтобы объяснить все термодинамические свойства дисперсных систем. Это особенно заметно в переходной области дисперсности, где осуществляется непрерывный переход от гетерогенных систем к системам молекулярной степени дисперсности. В соответствии с тем, что было сказано выше, при повышении дисперсности, т. е. при увеличении числа частиц и уменьшении их размеров, возрастает полная межфазная поверхность, а вместе с ней и полная поверхностная энергия. Иными словами, чем более высокодисперсна система, тем дальше она от состояния равновесия и, следовательно, тем более термодинамически неустойчива. Но в то же время известно, что состояния с максимальной (молекулярной) степенью дисперсности термодинамически устойчивы. [c.89]

Поскольку коллоидные системы, обладающие большой удельной поверхностью и большой свободной энергией, являются принципиально неравновесными системами, к ним неприложимо известное правило фаз. Такие системы, очевидно, всегда будут стремиться к равновесному состоянию, отвечающему разделению системы на две сплошные фазы с минимальной межфазной поверхностью, хотя это равновесие практически может никогда и не наступить. Термодинамическое толкование причин устойчивости или неустойчивости коллоидных систем чрезвычайно просто. Однако, как и всякая термодинамическая трактовка, это объяснение формально, т. е. она не раскрывает сущности свойства агрегативной неустойчивости. Кроме того, термодинамика не устанавливает связи между свободной энергией системы и тем, как долго система может пребывать в неравновесном состоянии. Поэтому более полным в данном случае является объяснение агрегативной неустойчивости или устойчивости коллоидных систем с позиций физической кинетики. [c.19]

Все сказанное о природе адсорбции водо- и маслорастворимых ПАВ можно отнести и к ПАВ, растворимым в обеих фазах, по крайней мере при их небольших концентрациях. В этом случае в равновесии находятся растворы ПАВ в водной и масляной фазах и адсорбционный слой на межфазной поверхности. Применяя в области малых концентраций растворов уравнение Гиббса в приближенной форме к обеим фазам, моя но записать [c.88]

При отсутствии равновесия между фазами происходит переход вещества из одной фазы в другую этот процесс называют массопередачей. Аналогично теплопередаче массопередача является сложным процессом, состоящим из процессов переноса вещества в пределах каждой из фаз (массоотдача) и переноса вещества через границу раздела фаз. Некоторые модели процесса массоотдачи рассмотрены ниже (стр. 100 сл.). Обычно считают, что сопротивление переходу вещества на границе фаз отсутствует. Такое предположение равносильно допущению о существовании в каждый момент времени равновесия у поверхности соприкосновения фаз (вопрос о механизме переноса вещества через межфазную поверхность рассмотрен на стр. 124). [c.84]

Исходя из общего условия минимальной поверхностной энергии при равновесии соприкасающихся сред, за меру смачивания тела жидкостью можно принять убыль свободной поверхностной энергии при образовании межфазной поверхности. между жидкостью и твердым телом. Отсюда следует, что из двух жидкостей лучше смачивает данную поверхность та, при растекании которой поверхностная энергия системы уменьшается на большую величину. Поскольку смачивание сопровождается уменьшением поверхностной энергии, в процессе смачивания выделяется тепло. Теплота смачивания 1 см поверхности обычно колеблется от 10" до 10" кал. Теплота смачивания может служить характеристикой способности жидкости смачивать поверхность твердого тела, если нельзя определить краевой угол смачивания, например при смачивании жидкостью порошков. [c.156]

Кроме того, даже в состоянии истинного равновесия величина не будет одинаковой для всех точек разреза и поэтому при переходе к избыточным величинам для межфазной поверхности приходится брать избыток от произведения химического потенциала на массу неподвижного компонента. Для каждого [c.22]

Теоретической основой описания процессов переноса в двухфазной среде являются фундаментальные законы сохранения и равновесия. При известных значениях площади межфазной поверхности и функции ее распределения в рабочем объеме колонны дифференциальные уравнения переноса следует записать дпя каждой фазы отдельно с условиями сопряжения на границе раздела фаз. Однако, в колонне с неупорядоченной насадкой распределение межфазной поверхности неизвестно. Поэтому в данной работе используется подход, когда система уравнений переноса записывается для ядра сплошной фазы, а влияние дисперсной учитывается в виде источников, совместно с потоковыми соотношениями и условиями равновесия. [c.139]

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]

ВЕС является величиной, характеризующей протекание химической реакции на поверхности катализатора. Эту величину можно выразить через парциальные давления на межфазной поверхности. Движущую силу (Рм — Рм равнял рассчптзть, если известен порядок реакции рм а находят нз выралсения для ВЕП , а Рмравп — по известной константе равновесия реакции. Таким способом можно определить ВЕС по уравнению (П1, 159). [c.258]

Вследствие принятого в расчетах большого значения константы равновесия, для определения величины ВЕС можно взять равновесное парциальное давление 80з на межфазной поверхности Рмравн = 0- Величину ВЕС находят путем интегрирования [c.259]

Деформация границы раздела фаз связана с целым рядом эффектов, из которых к наиболее существенным можно отнести следующие а) дробление капель или пузырей (ДР2) и связанное с этим изменение площади межфазной поверхности (ИПГРФ) (дуги 41, 42, 48) б) развитие межфазной турбулентности (МТУР), спонтанного эмульгирования (СПЭМ) и явления поверхностной эластичности (ПЭЛ) (дуги 43, 44, 45, 49, 50) в) изменение термодинамических характеристик в объеме включения (ИТХа) давления насыщения, температуры, состава степени отклонения от химического равновесия (Ай2) и т. п. (дуги 46, 47). Перечисленные эффекты, связанные с деформацией границы раздела фаз, интенсифицируют процессы межфазного переноса массы (ПМ1 2), энергии (ПЭ1 2) и импульса (ПИ1 2). Это влияние условно отображается обратной связью 51. При выделении эффектов третьего уровня иерархии ФХС предполагается, что межфазный перенос субстанций всех видов осуществляется в полубесконечную среду (т. е. отсутствуют эффекты стесненности). [c.29]

Сд — концентрация жидкого реагента у поверхности раздела с, — концентрация этого же реагента в состоянип равновесия S — поверхность контакта реагентов в системе жидкость — твердое тело (межфазная поверхность). [c.332]

Кинетика ионного обмена. В результате химической реакции в растворе ионы перемещаются по направлению к ионообменной смоле или от нее. В этом случае общая скорость ионообмена будет зависеть от скоростей этапов диффузии через неподвижный слой зерен ионообменной смолы, а также скорости химической реакции на поверхности обмена. Так как ионные реакции протекают с очень большой скоростью, этапом, который определяет скорость процесса, является диффузия ионов через неподвижный спой. На межфазной поверхности системы жидкость — твердое тело практически мгновенно устанавливается равновесие. [c.339]

Полное описание теории дано Вервеем п Овербеком (1948). Предполагается, что двойной слой возникает благодаря равновесию между ионами в растворе и ионами на поверхности частиц. Хотя система является электрически нейтральной, катионы и анионы пе одинаково распределяются между межфазной поверхностью и раствором, В дополнение к ионам, возникающим из растворителя (Н+ и ОН"), в растворе могут быть ионы эмульгатора (например, Н+ из карбоксильной кислотной группы) и ионы, полученные в результате диссоциации растворенных электролитов. Природа поверхностного заряда будет зависеть от адсорбции и концентрации присутствующих ионов. Обычно преобладает один вид ионов, который становится нотенциалопределяющим ионом для системы, в то время как другие присутствующие электролиты не оказывают особого влияния на поверхность и могут считаться индифферентными. [c.96]

В больших количествах органические отложения образ)тотся при хранении нефгей в различных резервуарах. Нефть, являясь дисперсной системой, обладает большой удельной поверхностью раздела фаз и большой свободной энергией, поэтому является термодинамически неравновесной системой и стремится к равновесному состоянию, отвечающему разделению системы на две сплошные фазы с минимальной межфазной поверхностью. В нефтях, для которых характерны полидисперсность твердой фазы и высокая вязкость дисперсионной среды, полное равновесие практически никогда не достигается. Удаленность от равновесного состояния определяет агрегативную неустойчивость (или устойчивость) нефти, т.е. ее способность сохранять свою дисперсность. Афегирование дисперсных частиц, как правило, приводит к повышению афегативной устойчивости нефти, т.к. при этом межфазная поверхность хотя бы частично исчезает и, таким образом, уменьщается свободная энергия системы. Как известно /34/, для уменьшения свободной энергии системы непосредственный поверхностный контакт твердых частиц не обязателен, она может уменьшаться и при сближении частиц на некоторое расстояние, позволяющее им взаимодействовать через слой, разделяющий их среды. Такое положение можно продемонстрировать путем следующих рассуждений. [c.128]

Во-вторых, необ.ходнмо установить, является ли элемент тер-молпнамически обратимым илн нет (стр. 72). Это легко проверить с помощью потенциометра, так как трудгю найти его точку равновесия, если в схе.му включен необратимый процесс. В случае необратимых элементов ток вблизи точки равновесия часто очень мал, и поэтому трудно достигнуть точного баланса. Обратимые элементы дают заметный ток часто как раз вблизи баланса. Причины необратимости некоторых элементов лежат в природе реакций и конструкции элементов. Например, при наличии Жидкостного соединения иопы имеют иные диффузионные характеристики на межфазной поверхности. [c.385]

Гетерогенные равновесия описываются обобщенным дифференциальным уравнением Ван-дер-Ваальса или его аналогами, не зависящими от свойств межфазной поверхности, т. е. не учитывающими поверхностных явлений, как показано А. И. Русановым [11]. Это обусловлено тем, что двухфазная система описывается двумя дифференциальными термодинамическими уравнениями, в которых имеется одинаковый член, характеризующий поверхностное натяжение межфазной границы ц счезаюп ий [c.24]

В опытах для определения эффекта кривизны по впитыванию жидкости пористое стекло Вайкор ( orпing № 7930) было выбрано, поскольку предыдущие исследования [24, 25] показали, что для появления эффекта кривизны поры должны быть достаточно малы, но и достаточно велики, чтобы впитываемые жидкости вели себя как сплошные среды, В [24, 25 ] было найдено, что впитываемые межфазные поверхности жидкость — пар должны быть геометрическими при локальном равновесии, [c.250]

В аппарате периодического действия с мешалкой после небольшого времени перемешивания устанавливается состояние динамического равновесия, когда во всем объеме двухфазной системы находится статистически постоянное число капель и постоянная межфазная поверхность. Диаметры отдельных капель не одинаковы. Они распределяются в соответствии с определенной закономерностью которая может меняться в объеме аппарата [196]. В некоторых двухфазных системах существует состояние динамического равновесия непрерывного процесса распада и соединения капель. У наиболее крупных капель наблюдается тенденция к делению (это происходит главным образом в зоне мешалки), тогда как у самых маленьких капель наблюдается тенденция к соедп-нению (коалесценция). Однако общее число капель остается статистически постоянным. [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология