Кинетика испарения и конденсации органических веществ и воды в присутствии неконденсирующихся газов

• Автор: Каширская, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

1.1. Физикохимические основы процессов испарения и конденсации

1.2. Диффузия. Законы Фика. Коэффициент диффузии

1.2.1. Коэффициент диффузии с точки зрения молекулярнокинетической

теории

1.2.2. Экспериментальные способы измерения коэффициентов диффузии

1.3. Стефановский поток

1.3.1. Понятие стефановского потока

1.3.2. Задача о нестационарном испарении в полубескоиечной трубке

Стефана через неподвижный слой газа

1.3.3. Стационарная диффузия через неподвижный слой газа. Уравнение

Стефана
1.4. Многокомпонентная диффузия
1.4.1. Уравнения СтефанаМаксвелла
1.4.2. Экспериментальная проверка уравнений СтефанаМаксвелла
1.5. Аномальные режимы диффузии Тура
1.6. Свободная гравитационная конвекция при испарении
1.7. Визуализация конвективных структур
1.8. Конденсация паров в присутствии неконденсирующегося газа
1.8.1. Особенности процесса конденсации
1.8.2. Конденсация в присутствии инертного газа на охлаждаемой
поверхности
1.8.3. Конденсация смеси паров
1.9. Заключение и выводы из литературного обзора
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ
2.1. Испарение бинарного раствора в инертный газ в трубке Стефана
ограниченной длины
2.2. Стационарная конденсация из неконденсирующегося газа в трубке
Стефана ограниченной длины
2.3. К вопросу об экспериментальной проверке уравнения Стефана
Максвелла
2.3.1. Определение потоков и профилей концентраций в опыте Карти и Шротда
2.3.2. Точное решение уравнений СтефанаМаксвелла для условий опыта Карти и Шродта при 0
2.3.3. К вопросу о предположении о полном насыщении раствора ацетона с метанолом воздухом
2.4. Аномальные режимы неэквимолярной диффузии в трехкомпонентной
газовой смеси
2.4.1. Концентрационные кривые трехкомпонентной диффузии в неэквимолярных условиях
2.4.2. Результаты вычислительного эксперимента
2.4.3. Заключение по вопросу об аномальных режимах диффузии
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ 5
3.1. Экспериментальные установки и методики исследования динамики испарения и конденсации веществ на охлаждаемой поверхности
3.1.1. Установка конденсации при постоянном давлении
3.1.2. Расчет температуры поверхности конденсации
3.1.3. Установка конденсации при переменном давлении
3.2. Обработка экспериментальных данных
3.3. Недостатки экспериментальных методик
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Динамика конденсации
4.2. Явление гистерезиса в процессе испарениеконденсация
4.3. Влияние присутствия воды на режим конденсации этанола из воздуха. Кооперативное взаимодействие
4.4. Кинетика и самоорганизация при нестационарном испарении смеси этанолметанол в аргон
4.4.1. Особенности системы этанолмстаноларгон
4.4.2. Критическое время смены режима при нестационарном испарении
4.4.3. Эффективный коэффициент переноса вещества при нестационарном испарении в конвективном режиме
4.5. Влияние движущей силы конвекции на величину ускорения процесса обмена
4.6. Влияние температуры на скорость переноса массы для трехкомпонентных систем
4.6.1. Ацетонметанолвоздух
4.6.2. Третбутанолводааргон
ВЫВОДЫ
Обозначения
Литература


Экспериментальные методики, позволяющие определять коэффициенты, молекулярной и конвективной диффузии, а также момент бифуркации режимов при конденсации паров вещества из насыщенной ими парогазовой смеси на плоской охлаждаемой поверхности. Барометрический метод определения коэффициентов молекулярной и конвективной диффузии. Экспериментальные данные по динамике нестационарных процессов испарения и конденсации в замкнутом пространстве в присутствие инертного газа для различных бинарных и многокомпонентных систем. Результаты вычислительного эксперимента по исследованию аномальных режимов трехкомпонентной диффузии в трубке Стефана. Математическое выражение, позволяющее приближенно описывать кинетику нестационарного испарения и конденсации, как в молекулярном режиме, так и в режиме концентрационной конвекции. ГЛАВА 1. Физикохимические основы процессов испарения и конденсации. Процессы испарения и конденсации относятся к фазовым переходам первого рода, такие переходы характеризуются скачкообразными изменениями либо удельной энтропии, либо удельного объема, либо обеих этих величин сразу. Испарением называют переход вещества из конденсированного состояния в частности из жидкого в газообразное пар. Конденсация лат. Конденсация является процессом, обратным испарению, она возможна только при температуре ниже критической 1. С точки зрения физической химии эти процессы рассматриваются на молекулярном уровне. Молекулы вещества совершают движения и пересекают границу раздела между паром и жидкостью. Происходит непрерывный обмен веществом между двумя фазами. Если из жидкой фазы больше молекул переходит в нар, чем обратно, то количество жидкости уменьшается, а количество пара растет, то есть идет испарение. Если же больше молекул переходит из пара в жидкость, то идет процесс конденсации. Когда число молекул переходящих из жидкости в пар равно числу молекул, переходящих за то же время из пара в жидкость, то наступает состояние динамического или статического равновесия. В этом случае количество молекул в фазах в среднем остается постоянным, так как противоположные процессы компенсируют друг друга 2. Фазовое равновесие характеризуется равенством температур и давлений во всех фазах системы. Термодинамический потенциал системы в состоянии равновесия минимален и удельные термодинамические потенциалы фаз равны. Скорости молекул в фазе распределены по закону Максвелла. В результате ухода быстрых молекул из фазы жидкость теряет часть своей энергии, что приводит к ее охлаждению. Пар не нагревается, так как проход через поверхностный слой замедляет быстрые молекулы. С точки зрения термодинамики теплота парообразования слагается из двух частей разности внутренних энергий пара и жидкости и работы против внешнего давления 2. Выделяющаяся или поглощающаяся в результате фазового превращения теплота называется теплотой фазового перехода. Скорость и динамика испарения и конденсации определяются интенсивностью теплового движения молекул, которое определяется температурой, свойствами вещества давление насыщенных паров, площадью поверхности жидкости, на которой идет процесс рассматриваем только плоскую поверхность раздела фаз и скоростью диффузии вещества к границе раздела фаз и от нее вглубь другой фазы. Механические перемешивающиеустройства, ускоряющие подвод вещества к границе раздела фаз и отвод от нее, в рамках данной работы рассматривать не будем, так как здесь изучаются процессы естественного переноса вещества. Диффузия. Законы Фика. Коэффициент диффузии. Диффузию можно определить как относительное движение компонентов неоднородной смеси. Это движение вызвано неоднородностью самой смеси. В случае если эти движения вызваны просто случайными движениями молекул, которые ведут себя так, подчиняясь тенденции избавиться от неоднородности, то говорят о молекулярной диффузии. Такое происходит, например, в неподвижных слоях жидкости. Если причиной относительного перемещения компонентов в смеси являются быстрые случайные флуктуации объемов смеси, которые направлены на преодоление неоднородности путем перемешивающих действий, то процесс называют вихревой конвективной диффузией, а при большой интенсивности процесса турбулентной диффузией.