Диффузия через неподвижный слой газа

Когда абсорбируемый растворимый в жидкости газ находится в смеси с нерастворимым газом, первый из них должен диффундировать через второй для достижения поверхности раздела фаз. В результате парциальное давление растворяемого газа у поверхности в общем случае ниже, чем в основной массе газовой фазы. Истинная картина процессов, протекающих в газовой фазе, не ясна, и, вероятно, столь же сложна, что и процессы в жидкости. Обычно употребляют термин газо-пленочное сопротивление , подразумевая под этим наличие у границы фазового раздела со стороны газа неподвижной пленки определенной толщины, через которую растворяемый газ переносится исключительно молекулярной диффузией, в то время как остальная масса газа имеет практически однородный состав. Это точно соответствует пленочной модели для описания процессов, протекающих в жидкой фазе. Однако для газовой фазы такая картина более правдоподобна, так как при перемещении газа относительно поверхности жидкости, несомненно, образуется пограничный слой аналогично слою, образующемуся при движении газа вдоль твердой поверхности. О последнем процессе имеется более подробная информация. Разумеется, можно считать большим упрощением, что погра- [c.146]

Диффузия через неподвижный слой газа [c.457]

При течении газа через неподвижный слой твердого материала, что имеет место в каталитическом реакторе, кроме транспорта вещества нри химической реакции происходит перенос массы за счет молекулярной диффузии [c.415]

Он также считает, что для определения величины применение формулы Стефана нецелесообразно. Она выведена для условий чисто молекулярной диффузии пара через неподвижный слой газа конечной толщины. [c.16]

Чтобы получить Nв форме, удобной для расчета, уравнение (IV,20) решают совместно с уравнением диффузии реагента А через неподвижный слой (пленку) газов и с уравнением равновесия [c.145]

Температура зажигания контактных ванадиевых масс составляет 380—420°С и зависит от состава контактируемого газа, повышаясь с уменьшением содержания в нем кислорода. Контактные массы должны находиться в таком состоянии, чтобы были обеспечены минимальное гидравлическое сопротивление потоку газа и возможность диффузии компонентов через слой катализатора. Для этого контактные массы для реакторов с неподвижным слоем катализатора формуются в виде гранул, таблеток или колец, средним диаметром около 5 мм, а для реакторов кипяш его слоя в виде шариков диаметром около 1 мм. [c.166]

В использованной теории [13, 14] рассматривается линейная хроматография, которая описывает одновременно продольную диффузию в токе несжимаемой среды и внутреннюю радиальную диффузию в пористых зернах адсорбента, учитывая ограниченную скорость перехода адсорбата через поверхность раздела, которая может включать как диффузию в тонком неподвижном слое газа-носителя на поверхности адсорбента, так и медленную скорость адсорбции на его внутренней поверхности. [c.444]

В теории рассматривается модель разделяющего процесса, протекающего в колонке длиной Ь поперечного сечения Е, которая гомогенно заполнена шарообразными зернами адсорбента со средним радиусом Я, причем радиус зерен мал по сравнению с радиусом колонки. Внутренняя пористость адсорбента равна е внешняя пористость адсорбционного слоя составляет 8 , а свободный объем колонки, не заполненный зернами, равен ЪеЕ. Газ-носитель проходит через свободное пространство с объемной скоростью ю, так что линейная скорость и = ю/ВеЕ. Молекулы адсорбата уносятся газом-носителем в направлении его тока с определенной линейной скоростью и одновременно протекают следующие транспортные явления 1) продольная диффузия адсорбата в среде носителя 2) вихревая диффузия 3) перенос молекул адсорбата через неподвижный слой на внешней поверхности зерен адсорбента 4) радиальная диффузия адсорбата внутрь пор адсорбента 5) перенос продиффундировавших молекул адсорбата через неподвижный слой к стенкам пор 6) адсорбция молекул на стенках пор. [c.445]

В неподвижных слоях нельзя применять мелкозернистый катализатор из-за его слеживаемости й значительного гидравлического сопротивления, тогда как в псевдоожиженных слоях используются частицы малых размеров. Таким образом, при очень быстрых поверхностных реакциях, ь которых скорость диффузии в порах или через пленку может лимитировать общую скорость процесса, псевдоожиженный слой, характеризующийся хорошим контактом между газом и твердым веществом при применении мелких частиц, позволяет использовать катализатор значительно эффективнее. [c.441]

В литературе можно встретить уравнения для других случаев диффузии. Льюис [.20] вывел уравнение для диффузии в двух направлениях с разными молярностями Na Ф Nb). Разработано также уравнение диффузии в одном направлении, но для двух газов через неподвижный слой третьего [9]. Дополнительные сведения по теории диффузии можно найти в работе Швеца [29]. [c.556]

Для практического использования удобны осушители, приготовленные пропиткой порошка диатомитового кирпича насыщенными растворами хлоридов кальция или лития. Улавливание газов и паров может производиться на неподвижный слой сорбента или на псевдоожиженный так называемый кипящий слой. Предельная скорость протягивания воздуха через неподвижный слой тем выше, чем больше количество сорбента, мельче его зерна и выше коэффициент диффузии поглощаемого вещества. [c.43]

Под массопередачей понимают переход компонента смеси из области высокой концентрации в область более низкой концентрации. Например, если открытую пробирку с небольшим количеством воды на дне поместить в пространство с относительно сухим воздухом, то пары воды будут диффундировать через слой воздуха в пробирке. Будет происходить перенос воды из области, где ее концентрация высока (у свободной поверхности жидкости), в область, где ее концентрация низка (в окружающей атмосфере). Если газовая смесь в пробирке неподвижна, массопередача происходит путем молекулярной диффузии. Если же слои газа в пробирке перемешиваются механической мешалкой или вследствие разности плотностей, то массопередача происходит главным образом путем вынужденной или естественной конвекции. Эти способы переноса массы аналогичны переносу тепла теплопроводностью и конвекцией в массопередаче нет аналога лучеиспусканию. [c.441]

Рассмотрим более сложный процесс, в котором внешняя и внутренняя диффузия соизмеримы и ни одной из этих стадий нельзя пренебречь, т. е. необходимо учитывать диффузию в среде, окружающей зерно сорбента, и диффузию в самом зерне. Пусть зерно сорбента омывается потоком жидкости или газа. Как и в 12, примем, что зерно окружено слоем неподвижной жидкости толщиной б, через который перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии. Это предположение, как мы уже говорили, упрощает задачу, но, во-первых, само предположение о существовании неподвижного слоя жидкости около зерна сорбента является грубым приближением, во-вторых, если оно и принято, толщину б, строго говоря, следовало бы рассматривать не постоянной, а зависящей от координат на поверхности зерна. Однако для сопоставления относительной роли внешней и внутренней диффузии наше предположение о постоянстве б достаточно приемлемо. [c.75]

Рассмотрено явление возникновения неоднородности фильтрационного потока газа при течении через неподвижный зернистый слой. Предложена идеализированная модель течения, представляющая обтекание пористого элемента в канале. Асимптотический случай малой величины зазора между пористым элементом и стенкой канала соответствует условиям проявления неоднородности. Отмечено влияние конвективной диффузии в приграничной зоне на формирование крупномасштабной неоднородности. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных свидетельствует об адекватности предложенной модели. Пл. 3. Библиогр. 19. [c.175]

В пленочной модели используется допущение, что в системе газ — жидкость с обеих сторон поверхности контакта фаз образуются неподвижные (или ламинарно движущиеся) слои (пленки), через которые перенос вещества к поверхности контакта (илп от нее) осуществляется путем молекулярной диффузии. [c.138]

На рис. 2.3, б представлен процесс в слое жидкости, через который барботирует газ. Последний проходит в виде пузырей (/). Между газом и жидкостью имеет место массоперенос (2). Жидкость не неподвижна - можно выделить ее движение около пузыря (У) и циркуляцию в масштабе слоя (4). Первое подобно турбулентной диффузии выравнивает градиенты концентраций, вторая аналогична циркуляционному конвективному движению жидкости через реакционную зону. [c.28]

Области II и III очень важны с точки зрения технических приложений. Например, в случае сжигания твердых топлив в технических условиях диффузия кислорода через пограничный газовый слой определяет скорость реакции (область III). Процессы газификации, т. е. образование водяного газа в неподвижном слое кокса, протекают главным образом в температурной области II, где диффузия в поры кокса является главным фактором, влияющим на эффективную скорость реакции. [c.218]

Экспериментальные данные по определению коэффициента извилистости Т через уравнение (IV.9) удовлетворительно согласуются с величиной Т, определяемой по электропроводности жидкости, залитой в слой из неэлектропроводных зерен (раздел 11.4). К процессам диффузии в зернистом слое при неподвижной жидкости (газе) тесно примыкают явления диффузии внутри пористых тел (катализаторов, адсорбентов, ионообменников), весьма существенные для процессов катализа и различных вариантов сорбции. Зависимости типа (IV. 9) действительны и для этих процессов, но при радиусе пор, имеющем один порядок с величиной свободного пробега молекул, необходимо учитывать специфические эффекты взаимодействия молекул газа и стенок капилляров. [c.206]

V-1-1. Пленочная модель, первоначально предложенная Уитменом в большой мере основана на представлениях Нернста о диффузионном слое и упрощенных моделях теплоотдачи от твердых поверхностей к движущимся жидкостям. Согласно этой модели, у поверхности жидкости, граничащей с газом, имеется неподвижная пленка толщиной б. В то время как состав основной массы перемешиваемой жидкости однороден, концентрация в пленке снижается от Л , у поверхности до Л у плоскости, разделяющей пленку и основную массу жидкости. Конвекция в пленке полностью отсутствует, и перенос растворенного газа через нее осуществляется исключительно молекулярной диффузией. Эта простая модель приводит к следующим соотношениям (см. раздел 1-1-3) [c.100]

Особый случай — реакция, проходящая на поверхности пор, находящихся внутри пористых гранул. Поверхность пор на несколько порядков больше наружной поверхности гранул, поэтому применение пористых адсорбентов, катализаторов и т. д. часто резко интенсифицирует процесс. Но диффузионное торможение при этом значительно усиливается и приобретает специфические черты. Диффузия проходит не через тонкий пограничный слой, а через неподвижный газ (или через неподвижную жидкость), заполняющий поры. При этом по пути диффузии на стенках пор проходит реакция. Поэтому реакции в пористых гранулах будем рассматривать отдельно. [c.105]

Во внутридиффузионной области, т. е. когда общая скорость процесса лимитируется диффузией реагентов в порах зерна катализатора, наиболее простой и действенной мерой повышения скорости процесса является уменьшение размера зерен катализатора. Но мелкозернистый катализатор удобно применять лишь в кипящем слое. В неподвижном слое уменьшение размеров зерен приводит к резкому росту гидравлического сопротивления и соответствующему повышению затрат энергии на прохождение газа через реактор, поэтому применяют крупнозернистый катализатор. [c.53]

Пленочная модель. В соответствии с названием модели считается, что вблизи поверхности раздела фаз существует тонкая неподвижная пленка (газа или жидкости) толщиной 5, перенос вещества через которую происходит исключительно за счет молекулярной диффузии. За пределами этого слоя концентрация переносимого вещества постоянна. Согласно пленочной теории поток массы через границу раздела фаз [c.356]

Осн. работы посвящены методам разделения смесей — газовой абсорбции, жидкостной экстракции и выпариванию. Осуществил (конец 1930-х) классические расчеты процессов массопередачи и захлебывания в абсорбционных башнях с насадкой. Изучил механизм массопередачи между двумя фазами. Провел одно из первых исследований вихревой диффузии в турбулентных газовых потоках, создал безнасадочные аппараты для изучения массопередачи в пограничных слоях (как для систем, в которых протекает хим, р-ция, так и для систем без нее). Экспериментально исследовал массо-передачу между поверхностью и сверхзвуковым потоком газа, а также процессы сублимации при очень низких давлениях. Создал основы для применения теории массопередачи в различных обл, хим, технологии, включая абсорбционное охлаждение. Участвовал в создании первых кондиционеров для охлаждения воздуха. Разработал пром. каталитические процессы, в которых реагенты диффундируют через пористые гранулы катализатора, находящегося в неподвижном слое, [c.502]

Аппараты со взвешенным (кипящим, псевдоожи-женным) слоем катализатора применяют взамен аппаратов с фильтрующим слоем. Принцип взвешенного слоя устраняет перечисленные недостатки и позволяет значительно упростить конструкцию контактных аппаратов. В аппаратах со взвешенным слоем применяется обычно мелкозернистый катализатор с диаметром частиц 0,1—2 мм. Взвешенный слой мелких частиц катализатора образуется в газовом (или жидком) потоке реагирующих веществ. Для этого газ пропускают снизу вверх через решетку, на которой находится катализатор, с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение и весь слой перешел из неподвижного во взвешенное состояние. Во взвешенном слое зерна катализатора передвигаются во всех направлениях, совершая линейное и вихревые движения, в результате ускоряется диффузия реагентов из ядра, потока к частицам катализатора. Внешний вид слоя напоминает кипящую жидкость. Он также пронизан пузырями газа, откуда и произошло название кипящий слой. Взвешенный слой обладает свойством текучести подобно жидкости. По степени перемешивания твердой фазы взвешенный слой в аппаратах малых размеров может приблил<ать-ся к модели полного перемешивания. Температурный режим в каталитических реакторах с кипящим слоем катализатора — изотермический. [c.245]

Конденсаторы в статических системах, которые могут быть как встроены в ТЭ, так и вынесенного типа, в обоих случаях обеспечивают удаление воды из раствора щелочи за счет диффузии водяного пара к холодной поверхности через слой неподвижного газа. [c.242]

С одним параметром D (см /с) и решений этого дифференциального уравнения при данных начальных и граничных условиях. Обычно рассматривали лишь одномерные задачи перемешивания в продольном или поперечном псевдоожижающему потоку направлениях. В общем случае тензор коэффициентов диффузии считали имеющим две различные компоненты О род и Dnonep. аналогично процессам перемешивания в газе или жидкости, протекающих через неподвижный зернистый слой [2]. [c.98]

Однако интенсивность конденсации пара в неподвижном газе может расти только до определенного предела. Прекращение роста интенсивности конденсации в неподвижном газе происходит значительно раньше, чем при вынужденном движении газа. Отмеченное явление связана с тем, что интенсивность конденсации может расти только при определенных условиях разрежения среды, т. е. при длине среднего свободного пробега молекул пара в неконденсирующемся газе, соизмеримой в определенном отношении с характерным параметром аппарата. При относительно больших давлениях воздуха молекулы пара, несмотря нз большую скорость, уходят за 1 сек лишь на очень небольшое расстояние от того места, где они находились. В таких условиях весь процесс движения при конденсации пара в твердое состояние (от источника до стока) определяется механизмом диффузии пара через слой неконденсирующегося газа. Таким образом, на скорость конденсации пара в твердое состояние в отсутствии вынужденного движения газа оказывает решающее влияние, с одной стороны, отражение молекул некой-денсирующегося газа от поверхности сублимационного льда, а, с другой стороны, длина среднего свободного пробега молекул пара в газе. Согласно уравнению (32) средняя длина свободного пробега молекул пара при увеличении давления газа уменьшается, следовательно, плотность ударяющихся о стенку молекул убывает, что приводит к возрастанию коэффициента затвердевания. [c.163]

Интенсификация процессов, протекающих в слое пористого катализатора, достигается тем, что катализатор применяют в виде небольших гранул (зерен), заполняющих аппарат. Через слой зерен движется газ (жидкость). В зависимости от скорости газа и конструкции аппарата зерна катализатора могут быть либо неподвижными, либо тем или иным способом перемещаться в аппарате. Внутри зерен газ (жидкость) перемещается только за счет диффузии, конвективные токи полностью отсутствуют. [c.117]

В наипростейшем виде такая горелка представляет собой трубу, но которой газ поступает под давлением в окружающую неподвижную воздушную среду, используемую в качестве источника окислителя. При этом возникает зона диффузионного смешения, которая после воспламенения и возникновения устойчивого фронта пламени будет представлять собой нарастающую вперед толщу продуктов сгорания, через которую навстречу друг другу будут продвигаться из газовой струи молекулы топлива, а из воздушной среды — молекулы кислорода и азота. Тот же медленный характер смесеобразования за счет молекулярной диффузии приведет к возникновению вытянутого факела пламени с острием па конце (см. рис. 2. 1). Если представить себе газовый поток в виде охватывающих друг друга кольцевых слоев, то, очевидно, начальный (наружный) слой, получающий необходимую порцию кислорода, выгорит на самом коротком пути от устья трубки. Он же создает первый слой продуктов сго- [c.24]

В случае газофазных реакций на твердых катализаторах реакторы с псевдоожиженным слоем имеют определенное преимущество перед реакторами периодического действия или трубчатыми реакторами непрерывного действия. Кроме преимущества, определяемого легкостью механического перемещения катализатора, высокий коэффициент теплопередачи от стенки к слою обеспечивает легкость теплопоглощения или теплоотдачи. Более того, вследствие движения твердых частиц весь газ находится в реакторе, по существу, при одной и той н е температуре, образуя с твердым телом непрерывную гомогенную фазу. Еще одно достоинство этого реактора заключается в том, что величина доступной внешней поверхности здесь больше, чем Б реакторе с неподвижным слоем, так что реакции, лимитирующиеся диффузией в порах, будут давать более высокие степени превращения в режиме псевдоожиженного слоя. В задачи данной книги не входит проведение обсуждения механики псевдоожижения, и мы дадим лишь ссылки на соответствующие работы и исследования, выполненные различными авторами 144—46]. Достаточно сказать, что при пропускании газа снизу вверх через слой твердого тела имеет место падение давления в этом слое, которое непрерывно усиливается но мере течения газа. В конце концов наступает момент, когда подъемная сила, действующая на твердые частицы, становится равной весу частиц. С увеличением скорости течения газа подъемная сила такя е возрастает и поток поднимает частицы, увеличивая нри этом объем зазоров между частицами в слое катализатора. Неподвижный слой продолжает в результате расширяться до тех пор, пока не достигнет состояния наиболее рыхлой упаковки. Любое дальнейшее увеличение скорости газа вызывает разделение частиц друг от друга, и они переходят в состояние свободного парения. Весь слой находится теперь в псевдоожиженном состоянии. Теперь уже любое увеличение потока газа не сопровождается соответствующим увеличением перепада давления, так как скорость потока газа при течении через зазоры между частицами уменьшается вследствие расширения слоя. Увеличение потока газа выше точки начала псевдоожижения вызывает увеличение объема пустот внутри слоя. В конце концов достигается точка, когда газ начинает прорываться через слой в виде пузырей. Псевдоожиженный слой становится тогда очень похожим на кипящую жидкость. Образующиеся пузырьки газа движутся вверх через твердые частицы, которые находятся теперь в состоянии непрерывного движения. В случае газофазных реакций, катализируемых твердыми катализаторами, для предсказания рабочих условий чрезвычайно важно знать распределение времени контакта газа по слою. [c.433]

Использовав основное дифференциальное уравнение (IV, ) в случае однонаправленной диффузии реагента А через неподвижный слой газа (к поверхности раздела фаз), находим [c.139]

Диффузия через газовую пленку как лимитирующая стадия процесса. Сопротивление пленки газа на поверхности частицы зависит от относительной скорости газового потока и частицы, свойств газа и размера частицы. Взаимосвязь этих величин выявляется только экспериментально и дается в виде полуэмпирического безразмерного уравнения, которое выражает их соотношение только применительно к определенным условиям контактирования газа с твердой фазой (неподвижный слой зернистого материала, псевдоожиженный слой и свободное паден-ие частиц). Например, при свободном падении твердых частиц Фросслинг получил уравнение для передачи массы (в мол. долях) от вещества, находящегося в газовом потоке, к веществу частицы [c.340]

В модели неподвижной пленки принимается, что у границы раздела фаз существует тонкий слой жидкости (газа), в к-ром сосредоточен весь градиент концентрации, и перенос через этот слой происходит исключительно вследствие мол. диффузии. Толщина этого слоя 5 подбирается такой, чтобы получить экспериментально наблюдаемое значение Р = = 0 в/5. С помощью этой модели нельзя предсказать значение 8, однако модель позволяет вполне надежно рассчитывать скорость массоотдачи при одновременном протекании хим. р-цни, если проводить сопоставление со скоростью в тех же условиях при отсутствии р-ции. Осн. недостаток модели состоит в том, что она дает зависимость р к-рая не подтверждается экспериментально. Развитие теории пограничного диффузионного слоя и эксперим. данные показали, что толщина этого слоя зависит от гидродинамич. условий, причем величина 8 связана с толщиной гидродинамич. пограничного слоя З,, соотношением [c.655]

Для создания хорошего контакта между различными фазами и во избежание неприятных осложнений, вызванных недостаточно быстрой диффузией жидкости или газа в объем твердого вещества, можно использовать систему, в которой поток жидкости или газа вынужден двигаться через порошкообразный слой (рис. 4.1, г и д). Реактор с неподвижным слоем, через который проходит поток жидкости или газа, называется реактором с проходным слоем. Этот термин введен Паннетье [8]. [c.100]

Одним из интересных процессов, в котором существенную роль играют диффузионные процессы, является хроматография. В хроматографии для разделения веществ используется поток жидкости или газа через колонку с неподвижной сорбирующей фазой. Прежде чем приступить к изложению теории хроматографии, следует познакомиться с диффузионными процессами в ламинарном потоке. Рассмотрим, как будет размываться в потоке некоторое число частиц молекулярных размеров, находящихся первоначально в тонком слое. Для простоты исследуем ламинарное течение в круглой трубе. Рассматриваемые нами частицы будут двигаться со средней скоростью потока, удаляясь друг от друга. Причина размытия частиц заключается главным образом в том, что,попадая благодаря диффузии в разные части потока, частицы двигаются с разными скоростями. Было показано, что задача о размытии веществ в ламинарном потоке с пуазейлевым распределением скоростей в системе координат, движущейся со средней скоростью потока, может быть сведена к простому уравнению диффузии, в котором вместо обычного коэффициента диффузии используется эффективный коэффициент [c.68]

Однако интенсивность конденсации пара в неподвижном газе может расти только до определенного предела. Этот рост прекращается значительно раньше, чем при вынужденном движении газа. Отмеченное явление связано с тем, что интенсивность конденсации может расти только при определенных условиях разрежения среды, т. е. при длине среднего свободного пробега молекул пара в некон-денсирующемся газе, соизмеримой в определенном отношении с характерным параметром аппарата. При относительно больших давлениях воздуха молекула пара, несмотря на большую скорость, уходит за 1 сек. лишь на очень небольшое расстояние от того места, где она находилась. Топтание молекул на одном месте при давлениях, близких к атмосферному, объясняется чрезвычайно малой длиной свободного пробега. В таких условиях весь процесс движения при конденсации пара в твердое состояние (от источника до стока) определяется механизмом диффузии пара через слой неконденсирующегося газа. [c.106]