Процесс жидкости и градиент поверхностного натяжения

Однако на величину этого показателя, по-видимому, могут оказывать влияние некоторые физико-химические факторы, которые воздействуют на явления в непосредственной близости к поверхности жидкость—газ, т. е. в пограничном слое. Так, Дэвис и др. и И. А. Гильденблат и дp. обнаружили некоторое возрастание влияния Da на ki в присутствии растворимых в воде поверхностно-активных веществ. С другой стороны, по данным Ю. В. Аксельрода и др. , при нестабильности поверхностного слоя, вызванной, вероятно, градиентом поверхностного натяжения (эффект Марангони), например в случае абсорбции Oj растворами моноэтаноламина, k , может вообще не зависеть от Da- Эти явления требуют дальнейшего изучения, так как они представляют не только теоретический, но и практический интерес для анализа проблем абсорбции с химическим взаимодействием применительно к некоторым промышленно важным процессам (см. главу X). Доп. пер. [c.108]

Однако наблюдавшаяся картина очень похожа на ту, о которой говорилось выше применительно к абсорбции СО2 моноэтаноламином, и объяснение ее, предложенное Брианом и др. , может быть таким же, что и данное в разделе Х-1 абсорбционный процесс приводит к возникновению конвективных токов у поверхности жидкости, порождаемых градиентами поверхностного натяжения. [c.252]

Градиент поверхностного натяжения может возникнуть не только как результат разности концентраций, но так же как результат теплопередачи. Это наблюдается, например, в процессе дистилляции. В этом случае при передаче тепла от пара к жидкости тонкие пленки более нагреты, чем поверхность основной массы жидкости. Так как поверхностное натяжение уменьшается с повышением температуры, создается разность температур в основной массе жидкости и на границе раздела. [c.146]

Известны теоретические расчеты совместного тепло- и массообмена при абсорбции гравитационно стекающей пленки жидкости без учета влияния газового потока или градиента поверхностного натяжения на эффективность тепломассообмена [17]. Между тем, эти неучитываемые факторы могут существенно влиять на эффективность процесса тепломассообмена. [c.15]

Бонд и Дональд [1591 объяснили указанное явление местным понижением поверхностного натяжения в точках разрыва пленки в результате повышения концентрации жидкости и ее температуры при выделении тепла в процессе абсорбции. Авторы определяли значение F jn в зависимости от градиента поверхностного натяжения Ас. В качестве этого градиента они принимали разность между поверхностным натяжением для основной массы [c.453]

Таким образом, можно считать установленным, что существует прямая связь между величиной поверхностной скорости гЮх, формирующейся в зависимости от интенсивности хемосорбционного процесса, и скоростью массопередачи. Изменение тх обусловлено появлением при хемосорбции продольного градиента поверхностного натяжения. Это подтверждается также опытами по десорбции N20 из дистиллированной воды в азот в условиях искусственно вызванного эффекта Марангони, например при прикапывании в воду жидкостей, понижающих поверхностное натяжение [9]. В этих условиях, очевидно, мелкомасштабная конвекция не играет существенной роли. [c.121]

Процесс вытеснения жидкости и градиент поверхностного натяжения. На процесс удаления одной жидкости другой оказывает влияние не только величина поверхностного натяжения на границе жидкость — жидкость, но и градиент поверхностного натяжения. [c.158]

Градиент поверхностного натяжения может возникнуть не только как результат разности концентраций, но и как результат теплопередачи. Это наблюдается, например, в процессе дистилляции. В этом случае при передаче тепла от пара к жидкости тон- [c.11]

В монографии изложена теория капиллярного равновесия и гистерезиса в пористых средах. Подробно проанализированы капиллярные явления в модельных системах простой геометрии (мениск, капля и т. п.). Проведены экспериментальное и теоретическое исследования тонких пленок жидкости, стабилизированных градиентом поверхностного натяжения. Развита теория гидродинамического перемешивания в пористых катализаторах (гл. 2—6). Изложенные в этих главах результаты имеют общий интерес, а также используются в исследованиях электрохимических генераторов — топливных элементов. Фронт исследований, непосредственно связанных с проблемой создания топливного элемента, в течение последних лет неуклонно расширяется. Эта проблема, сложность которой становится все очевиднее, включает в себя три основных раздела. Первый — изучение электрохимической кинетики наиболее перспективных систем на гладких электродах. Второй — макрокинетическое исследование процессов в пористых средах, с учетом транспортных стадий и микрокинетики. И, наконец, третий — разработка технологии, инженерный расчет и конструирование батарей, вспомогательных устройств и систем автоматики. [c.3]

Бонд и Дональд [181] объяснили указанное явление местным снижением поверхностного натяжения в точках разрыва пленки в результате повышения концентрации жидкости и ее температуры при выделении тепла в процессе абсорбции. Авторы определяли значение Гтш в зависимости от градиента поверхностного натяжения Да. В качестве этого градиента они принимали разность между поверхностным натяжением для основной массы жидкости и поверхностным натяжением для жидкости, находящейся по температуре и концентрации в равновесии с поступающим газом. [c.378]

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]

При образовании области повышенного поверхностного натяжения в результате утончения пленки на ее поверхности устанавливается градиент поверхностного натяжения, следствием которого является быстрое движение мономо-лекулярного слоя. Этот слой при движении увлекает с собой значительные количества жидкости из ниже лежаш его раствора, участвующего в восстановлении утончающейся области пленки. Явление, названное поверхностным переносом, по мнению авторов работы [22], способствует стабилизации пленки, так как в утонченный участок поставляется дополнительный для залечивания материал. По-видимому, теорию поверхностного переноса можно рассматривать как развитие эффекта Марангони, от которого она отличается лишь механизмом движения раствора. Если эффект Марангони рассматривает процесс залечивания только с позиций сил, противодействующих утончению, то теория поверхностного переноса, учитывая этот эффект, указьшает также, что основой механизма залечивания является поверхностное движение под действием градиента поверхностного натяжения, которое, в свою очередь, приводит в движение прилегающие слои жидкости. [c.53]

Все рассмотренные выше случаи проявления эффекта Марангони для капли имеют одну общую черту, а именно наличие некоторой внешней несимметрии, которая не связана с движением. Существенно иные ситуации, когда градиент поверхностного натяжения возникает лишь в процессе движения жидкостей вне и внутри капли, в свою очередь обратно влияя на движение, исследованы в [100, 163]. [c.244]

Исследования проводились с уравновешенными каплями маслянистого вещества дибутилфталата плотностью р= 1,0465 г/см , размерами = 0,5 см в водном растворе поваренной соли с градиентом плотности в вертикальном направлении. Капли устойчиво держались в слое жидкости, имеющем с ними одинаковую плотность. Для наблюдений за процессом коалесценции одну из капель окрашивали ультрамарином. Поверхностное натяжение раствора на границе с чистым дибутилфталатом составляло 25 эрг/см , при добавке ультрамарина оно незначительно снижалось. [c.96]

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]

При достижении капиллярного насыщения обеспечивается максимальная (и конкретная) степень насыщения слоя сорбентов молекулами растворителя (т.е. процесс капиллярного насыщения представляет собой также и процесс элюирования). Это не означает, что во всех случаях все виды молекул будут равномерно распределены по слою. Употребляемое нами определение для состояния капиллярного насыщения не учитывает механизмы, за счет которых оно обеспечивается (влияние пористости, поверхностного натяжения и т.д.), и факт существования фронтального градиента (см. разд. II, А, 2). Для полной ясности необходимо добавить, что хотя подъем фронта жидкости действительно приводит к капиллярному насыщению, даже в том случае, когда состояние такого насыщения достигнуто, из этого не обязательно следует, что достигнуто равновесие между смоченным слоем и атмосферой камеры. Однако на обычный процесс тонкослойной хроматографии не влияет такой теоретически длительный этап уравновешивания (на которое может уйти целый день), поскольку элюирование обычно заканчивается, когда фронт растворителя достигает заведомо определенной линии (хг), [c.95]

Если каким-либо образом вызвать быстрое локальное растяжение границы раздела фаз, то это приведет к локальному уменьшению адсорбции и повышению поверхностного натяжения. Соседние участки поверхности при этом сохранят в большей или меньшей мере прежнее значение натяжения. Это приведет к возникновению разницы натяжений вдоль поверхности, которая количественно характеризуется величиной градиента натяжения с1а / ф вдоль направления у растяжения (или сжатия) поверхности. Такое состояние границы является неравновесным и будет переходить в к равновесное за счет ряда параллельно идущих процессов механической деформации жидкости под действием сил поверхностного натяжения, диффузии адсорбированного вещества вдоль поверхности, обмена веществом между адсорбционным слоем и прилегающими слоями раствора, т. е. за счет процессов адсорбции и десорбции. В растворах мыла, например, требуется около 0,1 с для восстановления равновесия растянутого поверхностного слоя. [c.586]

Оценим действующую на каплю термокапиллярную силу и скорость термокапиллярного дрейфа в отсутствие гравитации [107] Пусть в жидкости имеется линейное по направлению х изменение температуры с постоянным градиентом dT dx Рассмотрим стоксово движение капли вдоль оси х в предположении, что размер капли много меньще характерного размера внещней жидкости и пространственного масштаба изменения температуры, а также что в процессе движения капля сохраняет свою сферическую форму, а все физико-химические свойства обеих фаз, кроме коэффициента поверхностного натяжения, не зависят от температуры. Когда в обеих фазах конвективным механизмом переноса тепла можно пренебречь, для термокапиллярной силы, действующей на каплю, получено следующее выражение [c.221]

Анализ результатов большого числа исследований, посвященных этой проблеме, позволяет сделать вывод о связи между капиллярными свойствами пластовой системы и характером зависимости нефтеотдачи от скорости вытеснения нефти водой. Во всех случаях, когда пласт гидрофобен и капиллярные силы противодействуют вытеснению нефти из пористой среды водой, нефтеотдача возрастает с увеличением скорости продвижения водонефтяного контакта (т.е. увеличивается с ростом градиентов давлений). Когда капиллярные силы ослаблены (вследствие низких значений поверхностного натяжения, проницаемости пород > 1-2 мкм и др.), скорость вытеснения нефти водой не влияет на нефтеотдачу. Аналогичный результат получен при экспериментах в условиях активного проявления капиллярных сил (например, при вытеснении неполярных углеводородных жидкостей с малой вязкостью хорошо смачивающей породу водой). В таком случае процессы пропитки водой пород пласта протекают приблизительно одинаково при различных (в пределах, встречающихся на практике) скоростях вытеснения, и поэтому нефтеотдача модели пласта не изменяется. [c.193]

Локальное изменение поверхностного натяжения контактирующих фаз на границе жидкость — жидкость, связанное с появлением градиента поверхностного натяжения, в общем случае называют эффектом Марангони Причины эффекта Марангони и формы его проявления могут быть различными. Одна из возможных форм проявления этого эффекта имеет место при растекании капли воды на масляной пленке, прилипшей к твердой поверхности. Для уяснения влияния адсорбционных процессов на градиент поверхностного натяжения и о ценки эффекта Марангони в этом [c.158]

Анализу рассматриваемого эффекта возникновения нестабильности жидкости под воздействием градиента поверхностного натяжения применительно к абсорбции СО, аминами посвящена также работа П. Л. Т. Бриана б, а применительно к другим случаям — еще несколько работ, появившихся в последнее время и названных в списке дополнительной литературы. Общее теоретическое расс.мотрение неустойчивости жидкости и возникновения турбулентности вблизи межфазной границы под воздействием локальных изменений поверхностного натяжения (эффекта Марангони) при протекании процессов тепло- или массопередачи было впервые предпринято К. В. Стерлингом и Л. И. Скривеном 7. [c.250]

В природных дисперсных материалах, в том числе и торфе, перенос влаги, как правило, происходит в неизотермических условиях. При этом процессы термовлагообмена в капиллярно-по-ристых системах протекают наиболее интенсивно, когда они находятся в трехфазном состоянии [218], отвечающем наибольшей подвижности влаги под действием градиентов температуры. При низком влагосодержании материала (11- 0) термическая подвижность влаги мала вследствие высокой энергии ее связи с твердой фазой. При двухфазном состоянии торфа в нем возможна лишь термическая циркуляция массы без ее перераспределения Б объеме йи 1йТ = 0). Кроме того, с увеличением и уменьшается поверхность раздела жидкость — газ, определяющая тер-мовлагоперенос под действием градиента поверхностного натяжения. Следовательно, наибольшая термическая подвижность дисперсионной среды соответствует такому остоянию материала, когда его поры не полностью заполнены влагой и в достаточной мере развита поверхность-раздела жидкость — газ [231]. Влага порового пространства в данном случае разделена короткими пленочными участками, от термической подвижности которых и зависят значения термоградиентного коэффициента б. [c.76]

Тангенциальные движения жидкости, порождаемые градиентом поверхностного натяжения, в зависимости от конкретных условий могут как препятствовать, так и способствовать процессу утоньщения пленок дисперсионной среды. [c.144]

Одной из причин возникновения конвективных токов являются продольные градиенты поверхностного натяжения, а также градиенты плотности, появляющиеся при протекании хемосорбции. Явление поверхностной конвекции было обнаружено (20, 22, 37—39] при поглощении СОа водными растворами МЭА, ДЭА и др. Поверхностная конвекция наблюдается в пленочных и насадочных аппаратах [20], в ламинарных струях жидкости [42] в барботажных аппаратах ее влияние на массопередачу сравнительно невелико. Из сказанного выше следует, что коэффициент физической массоотдачи Рж должен быть определен при протекании хемосорбционного процесса, т. е. в идентичных гидродинамических условиях. Если объектом исследования является поглощение СО2 хемосорбентом, то величину р удобно определять по методу [36, 37], заключающемуся в десорбции N30 из раствора хемосорбеита. Поскольку коэффициенты диффузии N20 и СОз близки, то близки между собой и [c.68]

Существование этого барьера приводит к утолщению пленки вверх по течению в диапазоне 2 U- Для случая чистых жидкостей длина этой выходной области пренебрежимо мала (около 1—2 см) и не представляет практического интереса. Поверхностно-активные вещества способствуют расширению этой области при достижении поверхностной концентрацией значения Гоо и формируют ощутимый градиент поверхностного натяжения. Обсуждаемый эффект может играть важную роль в процессе массообмена при абсорбции газа, особенно в случае коротких пленок, когда длина выходной зонь становится сравнимой с полной длиной пленки. Поскольку длина /2 зависит от полной длины и, диапазон х < Ц можно заменить диапазоном О л где 1 = 1з — k [67]. Это дает возможность сформулировать следующие граничные условия [c.35]

В процессе пленочной дистилляции весьма важной задачей является поддержание устойчивого режима течения пленки, предостерегающего ее от разрыва. Возможность разрушения пленки связана с существованием некоторого минимального расхода жидкости, при котором твердая поверхность перестает смачиваться жидкостью. Величина этого минимального расхода зависит от физико-химических свойств жидкости (вязкости, угла смачивания), а также динамических напряжений, связанных, например, с градиентом поверхностного натяжения. В случае ректификации этот градиент может возникнуть за счет непрерывного изменения состава жидкой смеси, либо за счет градиента температуры [245, 246]. В работе [247] экспериментально исследована скорость массопередачи при эквимолярной пленочной ректификации бинарных систем, протекающей в условиях поверхностной нестабильности. Для учета влияния градиента поверхностного натяжения на коэффициент массопередачи предложено полуэмпирическое уравнение, которое удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными по ректификации бинарных смесей, таких, как четыреххлористый углерод—бензол и бензол—1,2-дихлорэтан. [c.125]

Проблема исследования процесса утончения неравновесных жидких слоев, как результат вытекания из них жидкости, возникла из задачи пэ определению расклинивающего давления динамическим путем в таких пленках [6] и остается и теперь тесно связанной с измерениями этого рода. Задача эта была частично решена благодаря тому, что удалось показать, что течение в поверхности тонкого микроскопического свободного слоя даже при очень малых содержаниях ПАВ в нем останавливается, вследствие возникающих в поверхности градиентов поверхностного натяжения. Таким образом, оказалось возможным применить к плосконарал- юльным тонким слоям уравнение Рейнольдса [6, 22] и найти из скорости утончения пленок перепад давления, включающий и расклинивающее давление. Это решение, однако, не исчерпывает задачи, так как не объясняет отклонения пленок от ллоскопараллель-ности и того, почему достаточно тонкие и малые слои становятся плоскопара.л-лельными. Вопрос этот важен, так как дальнейшие более точные измерения расклинивающих давлений при больших толщинах требуют поправок на [c.53]

С помощью гидродинамических уравнений, составленных из условий движения жидкости в диффузионных ячейках вбли и плоской поверхности, рассчитывали поле скоростей. Из уравнений диффузии вычисляли градиенты концентрации растворенных веществ, которые пропорциональны изменению поверхностного натяжения. На поверхности раздела происходят одновременно гидродинамический и диффузионный процессы, которые могут контролировать механизм массопереноса. В ряде случаев оба процесса идут в одном направлении, скорости движения частиц складываются, и результирующая скорость значительно возрастает. Такое состояние аналогично нестабильности Бенарда (см. стр. 30), что приводит к турбулентности. [c.64]

Все так называемые классические методы определения поверхностного натяжения жидкостей, созданные еще в XIX веке, оказались пригодными для измерения 012 любых веществ, начиная от металлических расплавов и кончая полимерными жидкостями. Однако лишь в наше время методики измерения 012 были усовершенствованы и позволяют получать надежные результаты. Это стало возможным после того, как были созданы методы получения высокого вакуума и низких температур, изучено влияние адсорбционных процессов на определяемую величину поверхностного натяжения, влияние на поверхностное натяжение изучаемой жидкости паров вакуумной смазки, масла диффузионных насосов, жидкостей, содержащихся в i/-oбpaзныx манометрах и проч. Найдено, что даже небольшие температурные градиенты в приборах для определения поверхностного натяжения приводят иногда к сильным искажениям температурной зависимости о. Обнаружено, что передача малейших вибраций на измерительные приборы, использующие полустатическне методы, обусловливает сильный разброс экспериментальных точек и резкое снижение определяемой величины поверхностного натяжения. [c.109]

Первоначально это явление пытались объяснить с чисто механических позиций [107, 108]. Предполагалось, что ввиду сопротивления слоя сплошной фазы в зазоре между каплями необходимо, чтобы относительная скорость капель была не ниже некоторой критической величины. Высокое давление жидкости в зазоре между каплями долгое время не находило физического объяснения. В связи с тем, что неслияние капель чаще наблюдается при наличии массопередачи [93, 109], была выдвинута градиентная теория неслияния капель [110, 111], объясняющая повышение давления в зазоре между каплями возникновением на их поверхности градиентов межфазного натяжения. Предполагаемая схема процесса изображена на рис. 9-7. Так, если массопередача направлена из капли в сплошную фазу и межфазное натяжение растет с повышением концентрации экстрагируемого вещества (случай а), вследствие повышения его концентрации в зазоре между каплями на поверхности капли возникает движение, направленное в сторону меньшего поверхностного натяжения. Происходит ротационный отгон жидкости из пространства между каплями и слияние капель. Аналогичное объяснение получают и другие случаи ( —г). [c.295]