Диффузия газовая в пористых телах

При математическом описании работы газового электрода приходится прибегать к различным моделям пористого тела, в основу которых положены такие структурные единицы, как частицы твердого тела (модель уложенных сфер) или поры (различные капиллярные модели). При микроскопическом описании пористой среды иногда удобно рассматривать ее как гомогенную с некоторыми эффективными значениями различных параметров (эффективным коэффициентом диффузии, эффективной электропроводностью и т. д.). Для правильного описания процессов в пористой среде большое значение имеет теория капиллярного равновесия, которая позволяет оценить степень заполнения среды газом при данном перепаде давления и ответить на вопрос, является ли заполнение среды газом и жидкостью равномерным или же изменяется по толщине электрода. При определенных допущениях о форме частиц или пор можно установить распределение пор по размерам и рассчитать суммарный периметр пор, освобожденных от электролита под действием перепада давления между газом и электролитом в гидрофильных электродах или в результате введения гидрофобизатора в гидрофобизированных электродах. [c.241]

Вибрационная капиллярная пропитка. В сквозных капиллярах полностью погруженных в жидкость тел, смачиваемых по всей наружной поверхности, из-за встречного движения жидкости происходит защемление газов и образование газовых полостей, препятствующих дальнейшей пропитке. Устойчивость газовых полостей определяется степенью растворения газа в капиллярной жидкости и дальнейшей его диффузией за пределы пористого тела. Продолжительность этих совместно протекающих процессов и определяет время его пропитки. [c.597]

Перенос жидкости. Поскольку капиллярные силы возникают лишь при наличии поверхности раздела жидкой и газовой фаз, условия переноса вещества в капиллярно-пористых телах, полностью и частично заполненных жидкостью, различны. При полном заполнении капилляров жидкостью перенос вещества осуществляется за счет массового движения, обусловленного разностью давлений на концах капилляра [уравнение (V. 64)], и молекулярной диффузии, происходящей за счет различия концентрации по длине капилляра. Относительный вклад переноса, обусловленного массовым движением, уменьшается с уменьшением радиуса капилляров, как это следует из уравнения (V. 64) При отсутствии массового движения жидкости перенос вещества в капиллярно-пористом теле происходит только по диффузионному механизму и скорость процесса определяется законами диффузии. В связи с тормозящим действием твердого скелета капиллярно-пористого тела коэффициенты диффузии оказываются значительно меньше значений для неограниченного объема жидкости. Вследствие кинетической неоднородности пор различного размера коэффициенты диффузии для тел, имеющих капилляры различных размеров, оказываются зависящими от содержания переносимого вещества в твердом теле. Поэтому для количественной оценки кинетики диффузионного переноса используются значения эффективных коэфс )ициентов диффузии, определяемые экспериментально. При этом необходимо, чтобы условия определения соответствовали условиям осуществления рассматриваемого процесса. В капиллярах, частично заполненных жидкостью, ее перемещение обусловливается действием капиллярных сил. [c.436]

До недавнего времени для описания переходной области использовались только эмпирические или сложные выражения, применимость которых была ограничена. Почти одновременно и независимо друг от друга две группы исследователей получили зависимость одного и того же вида [101, 312]. Это выражение для случая диффузии бинарной газовой смеси в пористом теле при постоянном давлении имеет вид [c.50]

Макропоры, эффективные радиусы которых превышают 1000—2000 А и лежат за пределами достигнутого в обычной адсорбционной аппаратуре заполнения пор по механизму капиллярной конденсации. Информация о параметрах макропористой структуры может быть получена на основании опытны к данных порометрии, а в ряде случаев и при помощи оптического микроскопа. Удельная поверхность макропор, определенная по методу БЭТ, не превышает 1—2 и не вносит существенных изменений в сорбционный процесс. Главная роль макропор связана с выполнением функции транспортных каналов, облегчающих диффузию адсорбирующихся или реагирующих молекул к внутренним слоям зерен пористого тела и отвод продуктов реакции в газовую или жидкую фазу. [c.208]

Разница в скоростях кнудсеновской диффузии для разных газов может быть использована для их практического разделения. Каждый компонент смеси диффундирует независимо под своим парциальным градиентом давления со скоростью, обратно пропорциональной ум. Газовая смесь, введенная с одного конца пористого тела, на другом его конце будет обогащена более легким компонентом. Разделительный эффект невелик, за исключением тех случаев, когда имеется большая разница в молекулярных весах. [c.205]

В последние годы газовую хроматографию широко используют для изучения кинетических и каталитических процессов. Большие возможности открываются для хроматографического измерения коэффициентов диффузии в газах, жидкостях и пористых телах. Известны также работы по применению газовой хроматографии для опреде- [c.223]

Перенос массы внутри влажного тела может происходить в виде жидкости или пара, если фазовый переход осуществляется внутри капиллярного тела. Перенос газообразного вещества (пара и инертного газа) происходит различными способами молекулярным (т. е. в результате диффузии и эффузии) и молярным (в результате фильтрационного движения паро-газовой смеси внутри пористого тела под действием перепада общего давления). [c.57]

В литературе для изотермических диффузионных процессов при В1 20, т. е. в тех случаях, когда лимитирующим является сопротивление внутренней диффузии, иногда предлагается анализ основанный на предположении, что поток целевого компонента пропорционален разности между потенциалом переноса в окружающей среде и средним значением потенциала внутри твердой фазы. Коэффициент пропорциональности р при этом характеризует внутреннюю проводимость. Такое предположение аналогично постулату так называемой двухпленочной модели, широко применяемой при анализе процессов переноса в системах газ (пар) — жидкость и жидкость — жидкость. Но твердое капиллярно-пористое тело не создает возможности для конвективного перемешивания целевого компонента внутри скелета, в отличие от газовой или жидкой фаз, где такое перемешивание обычно постулируется. Таким образом, обсуждаемое допущение не соответствует физическому смыслу внутренней задачи и по существу противоречит градиентным законам переноса внутри капиллярно-пористых тел. Формальный [c.255]

Глава начинается с определений коэффициентов диффузии. Характер ожидаемого изменения коэффициентов взаимной диффузии с изменениями свойств бинарной газовой системы иллюстрируется ссылкой на классическую кинетическую теорию. Описываются методы определения коэффициентов диффузии в газах и жидкостях для бинарных систем. Дано краткое изложение диффузии в пористых твердых телах. Основные уравнения скоростей диффузии в неподвижных и движущихся системах приводятся в главе 3. [c.19]

Явления перепоса вещества внутри капиллярно-пористых тел были рассмотрены выше. В зависимости от пористой структуры адсорбента и свойств системы перенос вещества внутри зерен адсорбента может протекать по разным механизмам, причем чаи1е всего перенос осуществляется одновременно двумя или более способами. Так, наряду с диффузией при адсорбции из газовых смесей возможно кнудсеновское и гидродщшмическое течение, диффузионный перенос вещества в жидком состоянии сопровождается перемещением под действием капиллярных сил и т. д. В связи со сложностью установления доли переноса вещества по каждому механизму принятый метод описания кинетики внутреннего переноса заключается в использовании так называемого эффективного коэффициента диффузии О ,, суммарно учитывающего все существенные факторы. Значения нахо,дягся экспериментально, Таким образом, кинетика внутреннего переноса описывается уравнением молекулярной диффузии [c.508]

Тепломассообмен. К числу проблем относятся измерение и оценка теплопроводности концентрированных электролитов и составных электродных материалов (включая пористые электроды) изучение теплопереноса через поверхность раздела твердого тела и электролита при наличии плоского источника тепла на этой поверхности раздела определение профиля распределения температур вблизи раздела фаз теплоперенос через поверхность раздела электролита и электрода в присутствии газовой фазы (аналогичный пузырчатому и пленочному кипению н парообразованию) теплоперенос, связанный с процессами диффузии (пар, образующийся в результате реакции, попадает в рабочие компоненты — газ, по- [c.15]

Если линейный размер структурных элементов пористого тела настолько мал, что становится сопоставимым с длиной свободного пробега молекул (например, при кнудсеновской диффузии молекул газа в порах катализатора), то целесообразно применение так называемой модели пылевидного газа [55, 56], представляющей элементы твердого скелета пористого тела в виде тяжелых неподвижных макромолекул, способных рассеивать, адсорбировать и десорбировать молекулы газовой смеси. Иными словами, твердое вещество пористого материала формально рассматривается как равноправный компонент газовой смеси (пылевидный компонент) со своей концентрацией, молекулярной массой, парциальным давлением и т. п. Газовую смесь вместе с пылевидным компонентом называют псевдогазовой. В рамках модели пылевидного газа в принципе удается преодолеть основные трудности квази- [c.141]

Массопередача в газовой хроматографии происходит путем диффузии 1) через газовый поток к пористым частицам носителя или адсорбента, 2) затем в неподвижном газе, который заполняет эти частицы, и наконец, 3) в жидкой фазе или путем адсорбции—десорбции на поверхности раздела газ — твердое тело. Как показано ниже, первостепенное значение имеет вклад диффузии в газовой фазе в кинетику массопередачи и, следовательно, в размывание зоны. Молекулярная диффузия играет главную роль как в радиальном, так и в осевом направлениях колонки. Во всех этих случаях основным параметром, который определяет кинетику, служит коэффициент диффузии. [c.119]

В простейшем идеализированном случае приведенные выражения для ы и безразмерные критерии дают общее представление об особенностях процессов массообмена. Однако для учета подлинной сложности явлений, происходящих при каталитических реакциях, совершающихся в газовых пО токах внутри зернистой пористой шихты, требуется дальнейшая дифференциация явлений. В частности, существует не один, а по меньшей мере два диффузионных режима — один внешнедиффузионный, при котором существенную роль играет диффузия к внешней поверхности твердого тела (зерна), и второй — внутренний диффузионный, при котором внешняя диффузия протекает быстро, но реакция происходит в основном внутри узких и длинных пор. В них скорость диффузии значительно меньше, а механизм может быть существенно иным (кнудсеновская диффузия и поверхностное ползание). В этом режиме при разных температурах неодинаково полно используется глубина пор, что может приводить к очень своеобразной температурной зависимости скорости наблюдаемой каталитической реакции. Наблюдаемая энергия активации при этом равняется набл = а иот-Это впервые показали Зельдович [101] и Тили [102], получившие для одного предельного случая а = 0,5. Существуют условия, при которых это а имеет иные значения и наблюдаемые Е могут, в зависимости от степени участия активных центров, расположенных в глубине пор, принимать все значения от Е до аЕ Е. [c.64]

С помощью газовой хроматографии возможно определение коэффициентов распределения газ — жидкость или газ — твердое тело при малых концентрациях и конечных концентрациях, термодинамических функций сорбата (свободная энергия, энтальпия и энтропия) и, кроме того, следующих физико-химических характеристик констант устойчивости комплексов, коэффициентов активности, растворимости в системах газ — жидкость и жидкость — жидкость, характеристик специфического взаимодействия (водородной связи, комплексов с переносом заряда), структуры летучих и нелетучих соединений, давления пара веществ и их температуры кипения, вириальных коэффициентов, коэффициентов сжимаемости газов, поверхности твердых тел, пористости, размера частиц, кислотности, коэффициентов диффузии в газовой и жидкой фазах, констант скорости гомогенных и гетерогенных реакций, констант равновесия, молекулярных масс веществ, температур фазовых переходов, диэлектрической проницаемости и дипольного момента [c.186]

В дальнейшем концентрацию на поверхности сорбента мы будет относить к единице объема зерна, поэтому в. отличие от [23], где ее относили к единице объема газового пространства пор, в (4) появляется коэффициент р, учитывающий внутреннюю пористость. В силу непрерывности потока количество вещества, подводимое из ядра потока газа-носи-теля между частицами к внешней поверхности зерна, равно количеству вещества, отводимому внутрь зерна за счет диффузии [c.42]

Мембранные методы разделения смесей основаны на свойствах пористых тел пропускать предпочтительнее одни вещества, чем другие. В соответствии с видом переноса вещества мембранные методы можно разделить на диффузионные, электрические и гиД родинамические. Иногда один вид переноса вещества накладывается на другой для ускорения переноса нли улучшения разделения. К диффузионным методам относят газовую диффузию и диализ. При наложении электрического поля протекает электродиализ. Гидродинамическими методами являются фильтрация, ультра-фильтрация и обратный осмос. [c.238]

Таким образом, в промерзающих пористых телах, содержащих лед, незамерзшие прослойки и пленки воды и газовую фазу, основ--ным механизмом термопереноса являются диффузия пара и термокристаллизационное течение нeзaJ Iepзaющeй воды. Вклад диффузии пара и термокристаллизационного течения пленки в суммарный по--ток зависят от радиуса капилляра. Это следует из величины отнощ -ния которое определяется уравнением (Х.139). При темпе [c.353]

Была рещена задача диффузии бинарной газовой смеси в пористом теле с учетом изменения общего давления. Предложенное описание имеет статистическое обоснование и удовлетворительную физическую интерпретацию полученных предельных выражений. Последовательная количественная теория явления на примере пористой фторопластовой мембраны, разделяющей воздух и воду, изложена в [3.40]. [c.166]

Закон установло опытным путем Г. И. Гессом в 1836. ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗ, вызывается катализаторами, образующими самостоят. фазу, отделенную от реагентов границей раздела. Наиб, распространен Г. к., при к-ром ТВ. кат. ускоряет р-цию в газовой фазе или в р-ре. При Г. к. процесс всегда состоит из неск. стадий диффузии реагентов к пов-сти катализатора, их адсорбции, хим. р-ции на пов-сти, десорбции продуктов. Практически различают диффуз. и кинетич. области протекания Г. к. Поскольку катализаторами часто бывают пористые тела, а р-ции происходят при высоких давл. и т-рах с большими скоростями, суммарная скорость процесса может определяться диффузией в-ва в порах катализатора или теплопередачей (о роли диффузии и теплопередачи в Г. к. см. Макрокинетика). Чтобы уменьшить влияние диффузии и теплопередачи и увеличить эффективность катализатора, его раздробляют, наносят на непористый носитель или проводят процесс в псевдоожиж. слое, где пьи.евидный катализатор поддерживается потоком реагентов во взвеш. состоянии. [c.129]

Пористые тела, используемые в качестве натекателей. Газовые иатекатели могут работать на основе диффузии газа сквозь пористые материалы. Для этого можно использовать неглазурованный фарфор (применяемый для фильтров) в виде трубок или стержней. Величину пропускной способности при этом можно изменять путем изменения уровня столба ртути, окружающего пористое тело (см. разд. 6, 1-1). [c.401]

Опыты с полупогруженными электродами могут оказаться очень полезными для выяснения механизма генерации тока в газовых пористых электродах топливных элементов. В последних токообразование в основном происходит там, где пора, заполненная жидкостью (рис. 3), пересекает пору, заполненную газом (область трехфазной границы ). Здесь возможны три механизма генерации тока — диффузия адсорбированного газа по поверхности или по телу электрода в жидкую часть поры, непосредственная диффузия газа в жидкую часть поры и генерация тока под пленкой электролита, покрывающей газовую часть поры. [c.18]

Таким образом, зная количество подводимого вещества ag и Ks, можно найти коэффициент а, который уже сам по себе является суммарной кинетической характеристикой углеродного образца. Коэффициент реакционного газообмена в общем случае является сложной фулкцией внутренней поверхности углерода, коэффициента диффузии газового реагента в пористом теле, константы скорости реакции н размеров исследуемого образца. Для некоторых условий его можно представить в виде простых выражений, поддающихся анализу. [c.211]

Таким образом, в промерзающих пористых телах, содержащизс лед, незамерзшие прослойки и пленки воды и газовую фазу, основ--ным механизмом термопереноса являются диффузия пара и термо-кристаллизационное течение незамерзающей воды. Вклад диффузии пара и термокристаллизационного течения пленки в суммарный поток зависят от радиуса капилляра. Это следует из величины отнош -ния VflV , которое определяется уравнением (Х.139). При темпе--ратуре, близкой к точке плавления Тд, и при h 10 см, используя известные физические параметры воды, получим, принимая bh3ko tii пленочной влаги т) = 0,1 Пуаз [147] [c.353]

Высокую удельную поверхность сырого катализатора трудно сохранить при прокаливании. Убыль свободной поверхностной энергии твердого тела термодинамически обусловлена. Поэтому твердые вещества с высокой удельной поверхностью всегда спекаются. Скорость этого процесса зависит от температуры, газовой среды, физических и химических свойств твердого вещества. При достаточно низких температурах скорость спекания незначительна. Обычно спекание начинается с поверхностной диффузии и резко ускоряется, когда температура поверхностп достигает одной трети абсолютной температуры плавления. По мере повышения температуры, как правило, происходит смена лимитирующей стадии спекания — с диффузии по границам зерен на диффузию в объеме решетки. Взаимная ориентировка частиц и пористая структура сильно изменяются. При еще более высоких температурах большое значение приобретают процессы испарения и конденсацпи. [c.26]

В системе газ (пар) — жидкость одни компоненты переносятся из ядра потока жидкой фазы к границе раздела фаз, а затем в ядро потока газовой (паровой) фазы, другие компоненты — в обратном направлении. При этом перенос массы в ядре каждой фазы обычно происходит в результате турбулентнь Х пульсаций, а в вязких подслоях вблизи границы раздела — в результате молекулярной и Затухающей турбулентной диффузии. Перенос в-ва в. этих системах через границу раздела осуществляется путем испарения и конденсацин или в результате растворения га.ча и жидкости. В системах с тв. фазой различают внешнедиффуз. область, когда в-во переносится из ядра газовой или жидкой фазы к пов-сти ТВ. тела, и внутридиффузионную, к-рая характеризуется переносом распределяемого компонента внутри пор (для пористых структур) и диффузией в тв. фазе. Механизм М- в системах с движущимися фазами, такими, напр., как газ (пар) и жидкость в виде стекающей пленки, может существенно изменяться при гидродинамич. нестабильности пов-стн раздета вследствие возникновения межфазной спонтанной турбулентности потоков или нрн noiiepxHo THoii конвекции. Суи ,е( твенное влияние иа состояние н ра.чмер иов-стн раздела оказывает наличие в системе ПАВ. Эффективность М- в значит, степени зависит также от теплообмена между фазами. [c.313]

Многочисленные исследования показали, что когда газы поглощаются пористым твердым телом, то в дополнение к диффузии в газовой фазе происходит активированная диффузия по поверхности. При соответствующ 1х условиях эта поверхностная диффузия может играть главную роль в перемещении газа. Изучение этого явления, проведенное Карманом и Раалем, дало возможность определить коэффициенты поверхностной диффузии [120]. [c.215]

Объемная диффузия в газовой фазе является процессом переноса, который всегда влияет на скорость реакции [22]. Не менее важным процессом следует считать и диффузию в порах твердого тела. В частности, этот тип диффузии учитывали Блайхольдер и Эйринг [23, 24] в расчетах кинетических параметров реакции окисления графита. Некоторые современные методы проведения эксперимента позволяют исключить или свести к минимуму роль диффузии газов в порах. Хенниг [25—27] исследовал методом электронной микроскопии монокристаллы графита, подвергнутые действию кислорода и двуокиси углерода. В работе [28] исследованы тонкие пластинки пиролитического графита, у которых в реакции участвовали только базисные плоскости, не содержащие пор. Другая попытка исключить диффузию в порах предпринята в [29] при изучении реакции кислорода с различными гранями кристалла алмаза [по плоскостям (111), (ПО) и (100)]. Эта методика эффективна только при работе в условиях достаточно низких температур (ниже 600—850°), пока плоскости (111) и (100) не покрывались тонким слоем углерода, выделяющегося при реакции. В дальнейшем молекулам кислорода приходилось диффундировать через пористый слой углерода. [c.215]

Напомним, что наблюдаемая общая скорость каталитической реакции зависит от относительных скоростей пяти совершенно различных процессов. Правильное выражение скорости, необходимое для подстановки в уравнения (6), (7) или (8), будет, следовательно, определяться общей скоростью. Необходимо принимать во внимание массонередачу газов к поверхности и от нее, а также массонередачу внутри пористой структуры твердого тела. Чтобы ввести поправку на влияние диффузии в порах, выражение для скорости просто умножают на коэффициент, называемый коэффициентом эффективности (см. разд. 9.2.4). Метод модифицирования уравнения скорости реакции для учета диффузии в газовой фазе обсунедается в разд. 9.2.3. В данном разделе рассматриваются только три процесса адсорбция, поверхностная реакция ж десорбция. [c.395]

Представим себе, что реакция газа с твердым телом протекает в системе, аналогичной гетерогенной катализу, т. е. в проточно по газу реакторе, в котором твердый реагент находится в вид слоя пористых зерен. Мы имеем тогда внешнюю (диффузия из ядра газового потока к внешней поверхности зерна) и внутренюк (диффузия в порах твердого реагента) задачи. [c.301]

Поскольку адсорбция гелия на твердых телах при нормальной температуре очень мала, опыты по диффузии гелия в кнудсеновской области дадут величину, из которой вклад газовой диффузии в общий поток можно оценить О р ос /М) и, вычитая соответствующую величину из общего потока, получить поток, вызванный поверхностной диффузией. Применяя эту методику Каммермейер и Ратц [51 ] установили, что от 50 до 70 % общего потока определяется поверхностной диффузией этилена, пропилена и пропана в пористом стекле Викор (г яа 29 -10 м) при 25 °С. В экспериментах на проточной системе было обнаружено, что отношение потока компонента за счет поверхностной диффузии к потоку за счет кнудсеновской диффузии в стекле Викор возрастает как плавная функция нормальной температуры кипения диффундирующего чистого вещества. Хотя абсорбция гелия мала, Каммермейер и Хванг [50] сообщили о существовании небольшой поверхностной диффузии гелия на стекле Викор . [c.57]

Каталитическая реакция на катализаторах цеолит-ной структуры включает две стадии массопереноса 1) диффузию или конвекцию в газовой фазе или в макроцорах таблетки к поверхности твердого тела и 2) диффузию в кристалле. Для понимания кинетики таких реакций существенно знание этих процессов переноса. В то время как первая стадия является частью любой каталитической реакции на поверхности, вторая — специфична для реакций в цеолитах. Теория реакции и диффузии в нсевдогомогенной пористой среде, развитая Тиле [1] и Зельдовичем [2], одинакова в обоих случаях. Для ее применения нужно знать коэффициенты диффузии в цеолите в условиях реакции, хотя бы по порядку величины. [c.171]

В ненасыщенной влагой почвенной пористой среде (в приповерхностной, вадозной зоне) большую роль в переносе загрязнений играют межфаз-ные явления на границе газ-жидкость-твердое тело. На распределение и транспорт загрязнений в вадозной зоне влияют такие физико-химические свойства, как растворимость их в воде, распределение в воздухе, сорбция на частицах почвы, давление воды в порах. Жидкая фаза присутствует в вадозной зоне в форме капиллярной воды, удерживаемой капиллярными силами около зон контакта между смежными твердыми частицами и адсор-бироваными пленками на твердой поверхности. Толщина этих пленок зависит от давления пара в газовой фазе и степени влажности среды. В сухих почвах адсорбированные пленки могут быть толщиной всего в несколько молекул воды (1-2 нм). В таких пленках скорость диффузии загрязнений чрезвычайно низка. [c.260]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология