Динамика нестационарного испарения в условиях естественной конвекции в газовой фазе

• Автор: Липатов, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Оглавление
Введение

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Физикохимические основы процессов испарения,

конденсации и сублимации

1.2. Кинетика массопереиоса в процессах испарения,

конденсации и сублимации

1.2.1. Диффузионный режим

1.2.2. Конвективный режим

1.2.2.1. Экспериментальное исследование конвекции

1.2.2.2. Теоретическое исследование конвекции

1.3. Выводы из литературного обзора и задачи исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Диффузионный режим испарения
2.1.1. Оценка влияния понижения температуры жидкости за счт
скрытой теплоты парообразования на процесс испарения
2.1.1.1. Решение совместной задачи теплообмена и диффузии при
испарении однокомпоиентной жидкости
2.1.1.2. Тепловые балансы в экспериментах по испарению
жидкостей
2.1.2. Влияние сопротивления массопереносу в жидкой фазе на
процесс испарения бинарных жидкостей
2.1.3. Точное и приближнное выражения концентраций в газо
вой фазе для компонентов бинарной смеси, испаряющейся в замкнутое пространство. Сравнение формул.
2.2. Расчет критического времени смены диффузионного
режима испарения на конвективный
2.3. Расчет коэффициента конвективной диффузии
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Изучение динамики нестационарного испарения однокомно
нентных и бинарных жидкостей в замкнутом пространстве
3.1.1. Описание экспериментальной установки и методики
проведения опытов
3.1.2. Обработка экспериментальных данных
3.1.2.1. Определение динамики процесса и коэффициентов
массопереиоса
3.1.2.2. Определение критического времени перехода от
диффузионного к конвективному режиму процесса
3.1.2.3. Допущения, сделанные при обработке экспериментальных
3.1.3. Влияние геометрических размеров парогазового
пространства на динамику испарения
3.1.4. Влияние движущей силы процесса на динамику испарения
3.1.4.1. Изменение движущей силы за счет изменения температуры
процесса
3.1.4.2. Изменение движущей силы за счет предварительного
насыщения газового пространства парами
3.2. Изучение динамики нестационарных процессов
конденсации и сублимации в замкнутом пространстве
3.2.1. Описание экспериментальных установок и методик
проведения экспериментов
3.2.2. Обработка экспериментальных данных
3.3. Точность измерения основных параметров
ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕПЫХ 4 РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Обозначения
Литература


Образованием тримеров для муравьиной кислоты авторы [] пренебрегали. В нашей работе для описания динамики испарения смесей муравьиная кислота(І) - вода(2) использовались изотермические данные по парожидкостному равновесию, приведённые в [], где для определения составов равновесных фаз использовали метод титрования []. Очевидно, что такие данные содержат информацию о соотношениях молекул муравьиной кислоты и воды в равновесных фазах и не учитывают явления ассоциации. Для корректировки этих данных по фазовому равновесию жидкость - пар в диссертации использованы соотношения, аналогичные []. Ут - мольная доля мономеров муравьиной кислоты в газовой фазе, моль(ш)/( моль(/? Р/ - парциальное давление частиц /, мм рт. Образование тримеров молекул муравьиной кислоты, а также ассоциация молекул муравьиной кислоты и воды не учитывались так же, как и в работе []. Т-температура, [К]. Несмотря на то, что уравнение (9. С, результаты расчёта по нему К({ при °С хороню согласуются с данными по средней молекулярной массе М,,,, паров муравьиной кислоты, полученными автором экспериментально (см. Величины У„, и К,/, найденные при совместном решении уравнений (4. О-П. С,„ , С/ - равновесные мольные плотности соответственно мономеров и димеров муравьиной кислоті,! Р* - равновесное суммарное давление паров, Па. М =—^2—Мт+———М. Mj-молекулярная масса димеров муравьиной кислоты, г/моль. Как видно из результатов настоящей работы, пренебрежение явлением ассоциации в газовой фазе приводит к серьезным ошибкам при расчете критических времен бифуркации диффузионного режима испарения смесей муравьиная кислота - вода. Фугитивность компонента / в жидкой фазе соотносится с составом этой фазы через коэффициент активности #. Xi - мольная доля компонента / в жидкой фазе. Выбор давления и состава стандартного состояния обусловлен только соображениями удобства. Численные значения у» и я, не имеют смысла если не определено значение /°. В большинстве случаев для растворов неэлектролитов /° принимают как фугитивность чистой жидкости / при температуре и давлении системы Т и Р соответственно. В таком случае у —>1 при А'/-И. Т, Р,Х( = ) = 1 (Т)Ф: схр ]~~с! Р, (. Ру - давление паров компонента/, индекс5-насыщение, К/. Для типичных неассоциированных жидкостей при температуре, значительно ниже критической величина Ф]близка к единице. Условие (1. Уравнения (2. Подстановка выражений (2. За редким исключением, поправка / всегда близка к единице, когда общее давление достаточно низкое. Уравнение (. Рауля с учётом неидеальности жидкой фазы. Входящая в уравнение (. Однако, при условиях, далёких от критических, и только при невысоких значениях давления влияние величины у незначительно. Классическая термодинамика связывает влияние давления на коэффициенты активности с парциальным мольным объёмом, а влияние температуры - с парциальной мольной энтальпией. Уравнение (. Эти уравнения включают в себя настраиваемые параметры, которые могут быть определены по ограниченным экспериментальным данным. Однако единой интегральной формы уравнения Г иббса - Дюгема не существует. I При их выводе пренебреги 1рани|;шнои. Гиббса - Дюгсма. С,: = ЯТ(п]пу1+п2пу2) (. Уравнения (. Гиббса. Существуют многочисленные модельные уравнения, связывающие#' (в расчёте на 1 моль смеси) и состав [5]. В [6] рекомендуется использовать сравнительно простые модели, которые содержат два или, в крайнем случае, три настраиваемых параметра бинарного взаимодействия. Только в редких случаях, когда в распоряжении имеется большое количество высокоточных экспериментальных данных оправдано использование моделей с более чем тремя параметрами бинарного взаимодействия. Учёт влияния температуры на у является очень сложной задачей. Ее решение связано с определением величины - мольной избыточной энтропии смешения, данные о которой часто отсутствуют. I п/, =С + ^, (. Основное влияние температуры на равновесие пар - жидкость оказывается через давления чистых компонентов, или более точно, через фугитивности чистых компонентов в жидком состоянии (уравнение (.