Массоперенос раствора

В первом разделе книги излагаются методы изучения и современные представления о строении границ раздела металлических или полупроводниковых электродов с ионными системами (растворами, расплавами), а также границы раствор — воздух. Значительное внимание уделено термодинамике поверхностных явлений на электродах, адсорбирующих водород и кислород, и современной теории адсорбции органических соединений на электродах. Во втором разделе подробно анализируются закономерности стадии подвода реагирующих частиц к поверхности электрода, методы изучения этой стадии и приводятся примеры использования явлений массопереноса при конструировании хемотронных устройств и новых источников тока. Третий раздел посвящен изложению закономерностей стадии переноса заряженных частиц через границу электрод — раствор и физических основ элементарного акта электрохимических реакций. При этом рассматриваются такие важные в теоретическом отношении вопросы, как роль работы выхода электрона и энергии сольватации ионов в электродной кинетике. Теории двойного слоя, массопереноса и элементарного акта, по образному выражению А. Н. Фрумкина, — те три кита , на которых базируется мощное и стройное здание кинетики электродных процессов. [c.3]

При рассмотрении методов расчета абсорбции и жидкостной экстракции ограничимся простыми случаями, когда процесс осуществляется в соответствии со схемами, показанными на рис. 111.1. Кроме того, будем считать, что в массопереносе участвует лишь один из компонентов системы. Тогда кажДую фазу можно считать бинарным раствором, состоящим из распределяемого компонента (вещество, участвующее в массопереносе) и инертного компонента (остальные вещества). Для характеристики составов фаз в этом случае достаточно указать концентрацию распределяемого компонента, а равновесие между фазами можно описать одной функцией — функцией [c.42]

Для увеличения массопереноса раствор обычно перемешивают, но можно поступать иначе заставить рабочий электрод вращаться [64—69] или вибрировать [171. Вращение электрода удобно применять в лабораторных ячейках, менее удобно — в промышленных электролизерах, [c.176]

С термодинамической точки зрения эмульсия есть двухфазная система с дисперсной фазой, содержащей микроскопические капли диаметром 0,1—100 мкм. Такие дисперсии никогда не являются полностью устойчивыми из-за того, что поверхность раздела между фазами обладает свободной энергией при соединении двух капель происходит уменьшение межфазной поверхности. Следовательно, коалесценция капель — это самопроизвольный процесс, в то время как эмульгирование требует затраты работы. Самопроизвольное эмульгирование наблюдается только в определенных системах, где две фазы предварительно взаимно ненасыщенны. Работа, необходимая для увеличения межфазной поверхности, черпается из свободной энергии смешения за счет массопереноса (см. гл. I). Истинно стабильные растворы, содержащие коллоидные мицеллы, не должны классифицироваться как эмульсии, так как они не имеют термодинамической фазы, которая может существовать отдельно. [c.75]

Естественная или свободная конвекция, вызываемая разностью плотностей в различных точках раствора, может оказывать существенное влияние на массоперенос, особенно при разделении растворов электролитов, плотность которых сильно зависит от концентрации. В аппаратах с горизонтальными плоскими мембранами естественная конвекция может вносить большой вклад в общий массоперенос, при [c.177]

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]

Пример 8. Определить графическим методом число ступеней смесительно-отстойного экстрактора для извлечения тетрахлоридом углерода 95 % брома из водного раствора, содержащего 1% (масс), брома. Расход водного раствора 15 кг/с, тетрахлорида углерода — 1,187 кг/с. В качестве смесительных секций экстрактора использовать аппарат с мешалкой, описанный в Примере 4. Принять что тетрахлорид углерода на входе в экстрактор не содержит брома. Сопротивлением массопереносу в органической фазе пренебречь. Температура процесса 25 °С. [c.56]

После выделения из стоков ЭЛОУ и ТЭЦ товарного хлористого натрия остается концентрированный раствор некондиционных солей, подлежащих захоронению. Для уменьшения объемов захоронения данный раствор необходимо высушить до сухого остатка. Сушку раствора можно осуществить в различного рода сушилках либо в аппаратах кипящего слоя. Последнее предпочтительней вследствие более высокой интенсивности процессов тепло- и массопереноса. [c.98]

Модель тепло-массопереноса в растворе основана на уравнениях конвективного переноса в приближении Бусинеска. Дтя двумерного случая в декартовых (а=0)и цилиндрических (а=1) координатах они имеют вид [c.38]

Уравнение (3), однако, не было использовано по следующим причинам. Если реакции протекают в кислотной фазе, как постулировано согласно уравнению (3), необходимо, чтобы изобутан, находящийся в углеводородной фазе, растворялся в кислотной фазе. Ускорение образования алкилата при росте интенсивности перемешивания должно было бы свидетельствовать о том, что массоперенос изобутана лимитирует скорость всего процесса. Однако расчетом было показано, что перемешивание было интенсивным настолько, что стадия массопереноса не была лимитирующей. Для расчетов нужно было знать равновесную растворимость изобутана в кислотной фазе и коэффициент массопередачи. Специальным опытом была найдена растворимость (0,00015 моль/ом ), а коэффициент массопередачи (30—1000 см /с) был взят из работы [12]. Фактическая растворимость изобутана в кислоте в ходе опыта по расчетным данным составляла 0,98—0,999 от равновесной. То, что массоперенос изобутана не лимитировал скорость всего процесса, нельзя считать неожиданным, так как применяли интенсивное перемешивание и скорость образования алкилата была достаточно мала (для завершения реакции требовалось, по крайней мере, 1—1,5 ч). [c.102]

С целью установления влияния барботирующего газа на массопередачу из жидкости к твердым частицам при восходящем потоке были проведены исследования по адсорбции адипиновой кислоты из водного раствора активированным углем с эквивалентным диаметром частиц 3,2 и 4,2 мм. Высота слоя в колонне диаметром 50 мм изменялась от 0,1 до 2 м. Приведенные скорости газа и жидкости лежали в следующих пределах = 0,03 ч-4-0,23 м/с оУд, = (0,78 4-3,8) 10 м/с. Исследования показали, что без подачи газа массоперенос описывается уравнением (111.32). Однако введение в слой затопленной насадки газа не привело к существенному изменению массопереноса, о чем свидетельствуют данные рис. 37. Представленные здесь результаты опытов показы- [c.76]

Если какой-либо компонент газовой смеси поглощается раствором, необходимо знать его коэффициент массопереноса. Для удаления твердых частиц требуется их физическая характеристика распределение по размерам, плотность и форму. Важно также знать, являются ли частицы хорошим проводником или каковы их магнитные свойства. [c.58]

Часто скорость изотермической перегонки лимитируется скоростью диффузионного массопереноса в дисперсионной среде, которая следует закону Фика и зависит в данной среде (постоянный коэффициент диффузии) только от градиента концентраций или давлений (разности химических потенциалов). В свою очередь градиент концентраций (давлений) определяется различием раз- меров частиц, между которыми происходит массоперенос. Рассмотрим эту связь в системе с жидкой дисперсионной средой, в которой частицы разных размеров имеют различную раствори- мость (для газообразных сред соотношения останутся теми же, только вместо концентрации можно использовать давление)., В соответствии с уравнением Кельвина [применительно к растворам его часто называют уравнением Фрейндлиха — Оствальда, см. уравнение (II. 170)] растворимость с (г) связана с размером г сферических частиц следующим соотношением [c.277]

Положительное истинное и отрицательное выравнивание связано с процессами массопереноса в прикатодном диффузионном слое раствора. Если геометрический масштаб элементов микро- [c.14]

В растворах химического меднения при малых концентрациях меди и низких скоростях осаждения процесс восстановления контролируется массопереносом. В этом случае влияние принудительной конвекции велико. При высоких концентрациях ионов и больших скоростях осаждения это влияние ничтожно. Снижение средней скорости осаждения при перемешивании раствора может быть вызвано увеличением диффузии кислорода к поверхности образующегося покрытия и частичной его пассивацией. Необходимо отметить, что перемешивание раствора химического меднения повышает его стабильность. Это связано, по-видимому, со снятием диффузионных ограничений по доставке растворенного кислорода к образующимся в объеме раствора зародышам металлической фазы и пассивацией их поверхности, приводящей к торможению процесса самопроизвольного роста этих зародышей. [c.92]

Вторым способом массопереноса служит перенос частиц под действием электрического поля. Так как раствор электролита обладает некоторым омическим сопротивлением, то при протекании через него тока возникает омическое падение потенциала, под действием которого скорость движения ионов изменяется. Это явление называется миграцией. Миграция наблюдается только для заряженных частиц. В процессах электровосстановления миграция облегчает подход катионов и замедляет подход анионов к электроду. В процессах электроокисления наблюдается обратная картина. [c.148]

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]

Слой, в котором происходит изменение концентрации, вызванное замедленностью массопереноса при протекании тока, называется диффузионным слоем. Под термином концентрация у поверхности электрода понимается концентрация на границе диффузионного и диффузного слоев, т. е. при х=ХгЛ-Х (рис. 81). На этой границе еще соблюдается условие электронейтральности раствора, тогда как на более близких расстояниях от поверхности это условие нарушается. Однако следует иметь в виду, что толщина диффузионного слоя б обычно значительно больше толщины диффузной части двойного слоя (б ), а также толщины плотного слоя (б Ха). Поэтому если экстраполировать с, д -кривую от точки Х=Х2+Х до точки х=0, то получаемое при этом значение с очень мало отличается от концентрации вещества при x=Xi+%. В связи с этим в дальнейшем при выводе различных математических соотношений будем условно считать, что концентрация у поверхности электрода — это концентрация при х=0. [c.150]

В книге рассмотрены свойства и методы изучения заряженных межфазных границ. Излагаются закономерности электрохимической кинетики, связанные с подводом реагирующего вещества к поверхности электрода. Показана роль явлений массопереноса при конструировании хемотронных приборов и новых источников тока. Обсуждены закономерности перехода заряженных частиц через границу электрод/раствор. Излагаются физические основы современной квантовомеханической теории элементарного акта электрохимической реакции, особенности химических стадий в электродном процессе, механизм электрокристаллизации, многостадийные и параллельные процессы, роль явлений пассивности и адсорбции органических веществ в электрохимической кинетике, [c.2]

Если массоперенос осуществляется только за счет диффузии и миграции, то ток, протекающий через электрод, не может превысить некоторого предельного значения. Так как скорости диффузии и миграции ионов невелики, это предельное значение тока относительно мало. Чтобы повысить величину предельного тока, необходимо проводить электролиз при перемешивании раствора. Поэтому необходимо изучать закономерности диффузии в перемешиваемой жидкости, т. е. закономерности конвективной диффузии. [c.174]

В отличие от обычной гомогенной химической реакции, протекающей во всех точках объема раствора, где есть реагирующие вещества, электрохимическая реакция идет на границе раздела между электродом и раствором, т. е. является реакцией гетерогенной. Отсюда следует, что любой электродный процесс всегда имеет ряд последовательных стадий сначала реагирующее вещество должно подойти к электроду, затем должна произойти собственно электрохимическая стадия, связанная с переносом электронов или ионов через границу раздела фаз (стадия разряда — ионизации), и, наконец, образовавшиеся продукты реакции должны отойти от поверхности электрода, чтобы освободить место для новых порций реагирующего вещества. Первая и третья стадии имеют одинаковые закономерности и называются стадиями массопереноса. Стадии массопереноса и разряда—ионизации присутствуют во всех без исключения электродных процессах. Помимо этих стадий при протекании электродных реакций встречаются также и другие. Так, часто электродные процессы осложняются химическими реакциями в объеме раствора или на поверхности электрода, в которых может участвовать исходное вещество или продукт электрохимической реакции [c.170]

Перенос реагирующих веществ в условиях электрохимической реакции может осуществляться по трем механизмам. Основным механизмом является молекулярная диффузия, т. е. перемещение частиц вещества под действием градиента концентрации. При прохождении через границу электрод — раствор электрического тока концентрация реагирующих веществ у поверхности падает и одновременно растет концентрация продуктов реакции. Возникают градиенты концентрации, которые приводят к диффузии разряжающегося вещества из объема раствора к электроду, а продуктов реакции — от поверхности электрода в объем раствора или в объем металлической фазы (например, при образовании амальгамы в ходе разряда ионов Т1+ на ртутном электроде). Поскольку концентрационные изменения вблизи поверхности электрода всегда сопутствуют протеканию электрохимической реакции, то молекулярная диффузия наблюдается во всех без исключения электродных процессах, тогда как другие механизмы массопереноса могут накладываться на процесс диффузии или же отсутствовать вовсе. Поэтому раздел электрохимической кинетики, в котором рассматриваются закономерности стадии массопереноса, называют диффузионной кинетикой. [c.172]

Второй механизм массопереноса — миграция — связан с перемещением заряженных частиц под действием электрического поля, которое создается за счет омического падения потенциала при прохождении через раствор электрического тока. При протекании катодных процессов миграция ускоряет доставку к поверхности электрода катионов и замедляет подвод анионов. На перемещении незаряженных частиц механизм миграции в первом приближении не отражается . Создавая избыток постороннего индифферентного электролита (фона), можно резко уменьшить омическое падение потенциала в растворе и тем самым элиминировать миграцию. [c.172]

На скорость реакции и структуру образующегося продукта влияет природа основания, используемого в качестве дегидрохлорирующего агента (табл. 4). Процесс протекает с высокой конверсией при использовании сильных оснований (КОН, NaOH). Их одинаковая активность обусловлена близкими значениями сродства молекул к протону. При дегидрохлорировании ПВХ 50%-ным раствором КОН в интервале температур 283 К формируется более совершенная кристаллическая структура поливинилена, чем в случае использования NaOH. Этому способствует, видимо, лучший массоперенос раствора КОН при перемешивании вследствие его меньшей вязкости по сравнению с раствором NaOH. [c.134]

К первой категории исследований в области газо-жидкостных реакций можно отнести работы, в которых выбирались специфические системы не в связи с тем, что они представляли отдельный интерес, а потому, что позволяли проверить некоторые выводы, сделанные на основе теоретического анализа идеализированного явления химической абсорбции. Типичными примерами таких работ является работа Гертиса, ван Менса и Бутае [1], о которой уже упоминалось в главе 5, и Диллона и Перри [2]. Б обеих работах выбран типичный для режима мгновенной реакции процесс абсорбции аммиака растворами уксусной кислоты. Диллон и Перри подтвердили правомерность анализа по относительным вкладам сопротивлений газовой и жидкой фаз в массоперенос, рассмотренный в разделе 9 1. [c.162]

Пример 6.1. Бензойная кислота при экстракции из бензольной капли вступает в химическую реакцию с растворенным в водной фазе гидрооксидом натрия. Диаметр капли диффузии бензойной кислоты в воде О, =1,02 10 м /с, коэффициент даффузии N3011 в воде >5 = 1 4- 10 м /с, начальная концентрация бензойной кислоты в бензоле с,, = 0,5 мол1 л, а концентрация щелочи в воде с,, =0,75 моль/л. Коэффициент распределения бензойной кислоты между бензолом и водой ф=с 1с =40. Рассчитать скорость массопереноса и определить, во сколько раз изменится ее величина при увеличении концентрации NaOH в исходном растворе до 3 моль/л. [c.276]

Электродные процессы электрохимической коррозии металлов обязательно включают в себя, как всякий гетерогенный процесс, помимо электрохимической реакции, стадии массопереноса, осуществляемые диффузией или конвекцией отвод продукта анодного процесса (ионов металла) от места реакции — поверхности металла, перенос частиц деполяризатора катодного процесса к поверхности металла и отвод продуктов катодной деполяризацион-ной реакции от места реакции — поверхности металла в глубь раствора и т. п. Суммарная скорость гетерогенного процесса определяется торможениями его отдельных стадий. Если, однако, торможение одной из последовательных его стадий значительно больше других, то сумм.арная скорость процесса определяется в основном скоростью этой наиболее заторможенной стадии. В коррозионных процессах довольно часты случаи диффузионного или диффузионно-кинетического контроля, т. е. значительной заторможенности стадий массопереноса. В связи с этим диффузионная кинетика представляет теоретический и практический интерес. [c.204]

Рассматривая совокупность физико-химических эффектов и явлений, имеющих место в процессе взаимодействия ансамбля кристаллов с раствором при наличии внешних воздействий, можно выделить пять уровней иерархии этих эффектов I) совокупность явлений на атомарно-молекулярном уровне 2) эффекты в масштабе надмолекулярных или глобулярных структур 3) множество физико-химических явлений, связанных с движением единичного кристалла, с учетом кристалло-химической реакции и явлений межфазного энерго- и массопереноса 4) физико-химические процессы в ансамбле кристаллов, перемещающихся стесненным образом в сплошной фазе 5) совокупность процессов, определяющих макрогидродинамическую обстановку в масштабе технологического аппарата в целом. [c.7]

Разработан эффективный алгоритм для численного исследования тепло -массопереноса в аппаратах химических производств. Он позволяет исследовать сопряженный тепло - массоперенос в движущемся растворе, стенках и армату -ре, в инкрустациях и отложениях [1]. Возможно исследование пространственно-неоднородного роста отложений, причем модель учитывает влияние локальных значений концентраций компонентов и те.мпературы раствора. Численный метод позволяет исследовать нелинейные процессы при протекании гомогенных и гетерогенных реакций при корректном учете сопряженного теаю-массопереноса в реакторе. Задача, как правило, решается в двухмерной поста-новке (плоско-параллельной или осесимметричной), однако возможно исследование трехмерных задач. [c.38]

В работах А. Б. Таубмана и С. А. Никитиной с сотрудниками показано, что возникновение структурно-механического барьера связано с самопроизвольным образованием ультрамикроэмульсии (УМЭ) на границе раздела двух жидких фаз. Возникновение УМЭ можно легко наблюдать, если наслоить углеводород (масляная фаза) на водный раствор эмульгатора. Спустя некоторое время на границе раздела фаз появляется тонкая молочно-белая прослойка, постепенно утолщающаяся в сторону водной фазы. Это явление — следствие гидродинамической неустойчивости межфазной поверхности углеводород—раствор ПАВ, обусловленной I двусторонним массопереносом через границу раздела (переход в водную фазу вследствие внутримицеллярного растворения, перераспределение эмульгатора между фазами благодаря некоторой растворимости его в углеводороде). В результате возникающей поверхностной турбулентности в обеих фазах вблизи поверхности раздела спонтанно развивается процесс эмульгирования с образованием капелек эмульсии как прямого типа (в водной фазе), так и обратного (в углеводороде). Однако обратная эмульсия, как правило, грубодисперсна, малоустойчива и легко разрушается, тогда как прямая имеет коллоидную степень дисперсности (размер капелек соизмерим с размером мицелл, солюбилизировавших углеводород) и обладает высокой агрегативной устойчивостью. Ультрамикрокапельки ее защищены адсорбционными слоями эмульгатора, которые связывают их в сплошную гелеобразную структуру с заметно выраженной прочностью и другими структурно-механическими свойствами. [c.194]

Решение уравнений для сопряженного тепло-массопереноса в сложной области, включающей элементы конструкции (стенки аппарата, датчики и т. д.), движущийся раствор, инкрустации и отложения, позволяет определить температуру 0 и концентрации реагентов С,. Источники qe учитывают тепло химических реакций и управляюпще воздействия. Протекание гомогенных реакций учитывается через источники (или стоки) q в уравнении (4). [c.39]

Исследования 5] были проведены только на одной газожидкостной системе (воздух — водный раствор сульфита натрия), и растворимость кислорода в жидкости оценивалась общим коэ( и-циентом массопередачи Х - Поскольку в характеризующее его уравнение (П.49) входит константа Яр, то, очевидно, коэффициент массопереноса а следова- [c.73]

При контактировании нефти и водных растворов композиций, обеспечивающих смачиваемость внутренней поверхности трубы, возможен процесс массопереноса хлористых солей из нефти в водную фазу. Это позволяет рассматривать трубопровод как техноло-гнческое оборудование по подготовке нефти. Распаду на конечных пунктах доставки смеси образующейся эмульсии кроме повышения температуры способствует некоторый рост плотности водной фазы при переходе солей из нефти. [c.116]

Дисковый электрод — это единственный твердый электрод, для которого можно решить в явном виде уравнения массопе-реноса в движущемся растворе, в связи с чем его чаще всего используют в случае определений не с ртутным капающим, а с твердым электродом. Вращающийся дисковый электрод позволяет легко установить природу замедленной стадии электродной реакции, поскольку в случае диффузионной кинетики, как следует из уравнения (5.17), сила тока пропорциональна д/ > з в случае замедленного переноса заряда она не зависит от частоты вращения. Таким образом, изменяя скорость вращения диска и силу тока на нем, можно не только определить кинетику электродной реакции, но и наблюдать смену лимитирующей стадии с изменением скорости массопереноса. [c.278]

Первым и наиболее важным из них является молекулярнаядиффузия. При равновесном потенциале электрода концентрация растворенных веществ во всех точках раствора за пределами двойного электрического слоя одинакова. При пропускании тока вблизи электрода это условие нарушается, так как одни вещества вступают в электродную реакцию, другие образуются в результате реакции. Возникает разница в концентрациях (или точнее в активностях) растворенных веществ вблизи электрода и в объеме раствора, что приводит к диффузии разряжающегося вещества из объема раствора к электроду, а продуктов реакции — от электрода в объем раствора. Так как концентрационные изменения всегда сопутствуют электрохимическому процессу, то молекулярная диффузия происходит во всех электродных реакциях, тогда как другие способы массопереноса могут накладываться на процесс молекулярной диффузии или отсутствовать вовсе. Именно поэтому рассматриваемый раздел называют диффузионной кинетикой. [c.157]