Главная -> Словарь

Градиента температур

При наличии градиента концентрации перемещение атомов водорода в металле подчиняется первому закону Фика

В качестве второго граничного условия для диффузионной модели является очевидное равенство нулю градиента концентрации на выходе реактора

Установлению вертикального градиента концентрации, вызванного термической диффузией, противодействует нормальная диффузия, вызванная разностью концентраций и действующая по горизонтали. Достигаемый разделительный эффект определяется отношением коэффициента термической диффузии к коэффициенту нормальной диффузии. Он зависит от свойств компонентов, а также от устройства прибора и условий опыта. Найдено, что углеводороды подчиняются при термической диффузии определенным закономерностям. К холодной стенке будет двигаться:

Согласно этой теории , распределяемое вещество переносится из ядра потока жидкости к границе раздела фаз непосредственно потоками жидкости и молекулярной диффузией. При этом воспринимаю- Cr^ щая распределяемое вещество фаза считается либо твердой, либо близкой к ней . В рассматриваемой системе поток можно считать состоящим из двух частей: ядра и граничного диффузионного слоя. В ядре перенос вещества осуществляется преимущественно токами жидкости и в условиях достаточной турбулентности течения; концентрация распределяемого вещества в данном сечении и в условиях стационарного режима сохраняется постоянной. По мере приближения к граничному диффузионному слою турбулентность и, следовательно, турбулентный перенос затухают, с приближением к границе начинает превалировать перенос за счет молекулярной диффузии. Соответственно этому появляется градиент концентрации распределяемого вещества, растущий по мере приближения к границе. Таким образом, область граничного диффузионного слоя — это область появления и роста градиента концентрации, область увеличения молекулярной диффузии от пренебрежимо малого значения до максимального.

Диффузия возникает не только при наличии в среде градиента концентрации . Действие внешних электрических полей вызывает электродиффузию, градиент давления является причиной возникновения бародиф-

Для обеспечения максимального градиента концентрации экстрагируемых веществ процесс ведут методом противотока при непрерывной подаче растворителя. При выборе экстрагента он должен удовлетворять определенным требованиям: быть дешевым, легко регенерироваться, обладать низкой теплоемкостью, малой теплотой испарения, не оказывать корродирующего действия на аппаратуру, быть малотоксичным и др.

Как видно из таблицы, при электролитическом хромировании содержание водорода в покрытии на порядок выше, чем в стали , т.е. практически водород адсорбируется преимущественно покрытием. Для основного металла характерно заметное уменьшение содержания водорода после термообработки при 473 К в течение 3 ч. Увеличение продолжительности термообработки приводит к росту градиента концентрации водорода вблизи границы сталь — хром. В серово-дородсодержащей среде разряд водорода протекает на катодном хромовом покрытии, которое не препятствует диффузии водорода в сталь.

Однако такая гипотеза имеет много слабых мест, и в настоящее время для объяснения этого явления привлекают процесс диффузии атомов из объема к поверхности реагирования . С повышением температуры, растет число атомов углерода, диффундирующих к поверхности из объема под влиянием градиента концентрации. При больших концентрациях окислителя эти атомы успевают прореагировать до того, как займут место удалившихся атомов углерода. Если атом, достигший поверхности, успевает занять место прореагировавшего атома до вступления в реакцию с окислителем, то число активных центров умень-

Если в однородном растворе создать перепад температур, то постепенно в нем устанавливается градиент концентрации. Это явление и называют термической диффузией. Существование такого градиента концентрации позволяет использовать рассмотренное явление для выделения некоторых •соединений из смесей с другими. Термодиффузионное разделение проводят в газовой, жидкой или твердой фазах. С практической точки зрения потенциально наиболее важное значение имеет термодиффузионное разделение в жидкой фазе. В данной статье и будут рассмотрены теория метода термической диффузии и работа оборудования для разделения жидких •смесей.

направление движения различных молекул, точно неизвестны. В этом отношении выдвинут ряд теорий, которые будут рассмотрены дальше. Термическая диффузия с установлением градиента концентрации будет продолжаться до момента, когда интенсивность обычной диффузии не начнет ограничивать достигаемую степень разделения. Степень разделения в горизонтальной термодиффузионной ячейке пропорциональна разности температур обеих стенок. Скорость приближения к установившемуся состоянию пропорциональна температурному градиенту. В идеальной горизонтальной ячейке в процессе разделения с одинаковой эффективностью участвуют все участки сечения зазора. При достижении равновесия ячейка такого типа дает одноступенчатое разделение — так называемое разделение Соре .

Наиболее широко применяется для аналитического разделения колонна, показанная на рис. 4; это единственный аппарат, выпускавшийся до сих пор промышленностью . В химических и нефтяных лабораториях зарубежных стран имеется более 200 таких колонн. Поскольку практическая ценность такой колонны полностью доказана, уместно привести здесь подробное описание ее особенностей. Рабочий зазор образован двумя концентрическими металлическими трубами. Длина этого зазора 1525 мм, ширина 0,292 мм . Средний диаметр зазора 16 мм, общий объем кольцевого зазора 22,5 мл. Сборные резервуары по высоте колонны отсутствуют, но по всей высоте колонны с интервалами 152 мм расположены патрубки для отвода фракций. Таким образом, после установления постоянного градиента концентрации в колонне можно отбирать 10 раздельных фракций. Сначала спускают содержимое верхних 10% высоты, после чего последовательно сверху вниз отбирают остальные фракции. Внешняя труба обогревается электрической обмоткой. Внутренняя стенка охлаждается циркуляцией холодной воды, поступающей снизу и выходящей сверху внутренней трубки. Температуру измеряют при помощи термопар, припаянных к стенке колонны через правильные интервалы по ее высоте. Ширину кольцевого зазора выдерживают постоянной по всей высоте при помощи небольших прокладок, крепящихся к внутренней трубке через определенные интервалы.

Влияние температуры верха колонны на материальный баланс и качественную характеристику деасфальтизата еще значительнее . Увеличение градиента температур по высоте колонны повышает четкость разделения масляных фракций.

зультате уменьшения градиента температур и скопления смол. Это происходит до того момента, пока он не встретится с пластическим слоем, перемещающимся от противоположной стенки камеры, когда он сразу же удваивается по толщине. Именно в этот момент вспучивание достигает опасных пределов и, вероятно, образуется пенистый кокс.

Третью подгруппу термических методов разделения представляет термодиффузионный метод, Ьснованный на принципе разделения в одной фазе за счет диффузии.молекул в условиях большого градиента температур .

Технологическая схема установки очистки масляных фракций фенолом приведена на рис. 5.12. Исходная масляная фракция подается при температуре 115°С в верхнюю часть абсорбционной колонны К-1- В нижнюю часть этой колонны поступает водяной пар, содержащий пары фенола. Пары фенола улавливаются маслом. Вода после конденсации направляется в сборник Е-1. Масло с низа абсорбера подается в среднюю часть экстрактора Э-1. В качестве экстрактора применяются колонны с насадкой или с жалюзийными тарелками. На верх экстрактора подается расплавленный фенол. Из нижней части Э-1 выводится экстрактный раствор. Оптимальные результаты достигаются при наличии градиента температур по высоте колонны. Для поддержания этого градиента часть экстрактного раствора охлаждается и возвращается в нижнюю часть экстрактора. При охлаждении из экстрактного раствора выделяется некоторое количество растворенных углеводородов, которые образуют орошение в нижней части экстрактора. Количество орошения увеличивают путем подачи в нижнюю часть Э-1 фенольной воды. Вода уменьшает растворимость углеводородов в феноле, вызывая выделение из экстрактного раствора еще некоторого количества растворенных углеводородов. Рафинатный раствор с верха Э-1 поступает в отстойную емкость Е-2, откуда подается в колонну К-2. Отстоявшийся в Е-2 фенол возвращается в верхнюю часть Э-1. В К-2 отгоняется основное количество фенола, содержащегося в рафинатном растворе. С низа К-2 рафинатный раствор перетекает в отпарную колонну К-3, где остатки фенола отгоняются с водяным паром. С низа К-3 рафинат после охлаждения отводится с установки. Экстрактный раствор с низа Э-1 поступает в конденсатор смешения Кн-1, куда направляются также пары воды и фенола из отпарных колонн К-3 и К-6. Экстрактный раствор, поглотив в конденсаторе Кн-1 воду и фенол, поступает далее в сушильную колонну К-4, где от него отгоняется вода в виде азеотропной смеси с фенолом. Основная часть паров азеотропа конденсируется и направляется в сборник Е-3, а избыток паров, минуя конденсатор-холодильник, поступает в нижнюю часть К-1. Из К-4 экстрактный раствор направляется в колонну К-5, где отгоняется основная масса сухого фенола. С низа К-5 экстракт с небольшим количеством фенола поступает в отпарную колонну К-6, где остатки фенола отпариваются с водяным паром. Пары сухого фенола из К-2 и К-5 после конденсации поступают в сборник сухого фенола, откуда сухой фенол подается в верхнюю часть Э-1. Фенольная вода из Е-3 поступает на орошение сушильной колонны К-4, отпарных колонн К-3 и К-6, а также в нижнюю часть экстрактора Э-1. Острый пар, направляемый в колонны К-3 и К-6, вырабатывается из конденсата, накапливающегося в сборнике Е-1. Таким образом, вода на установке циркулирует в замкнутом цикле.

где А" — коэффициент массопроводности в л.2/ч; б — коэффициент термовлагопроводности в l/град; р0 — плотность абсолютно сухого материала в кг/м3; С — влажность материала в кг/кг абсолютно сухого материала; t — температура в град))) п — нормаль к изоконцентрационной поверхности. . Первый член правой части равенства учитывает перемещение нещества под действием градиента влажности, второй — под действием градиента температур.

ходуется в основном на испарение влаги. На следующей четверти радиуса пода разогрев кокса наиболее интенсивный, что связано с выделением и сгоранием летучих веществ в интервале температур 400-900 °С. На этом участке скорость нагрева кокса максимальная - выше 100 °С в минуту; одновременно происходит перестройка структуры и усадка кокса с образованием микротрещин, ухудшающих качество готового продукта. На второй половине радиуса пода абсолютные температуры кокса превышают 1000 °С, и разогрев кокса протекает медленно из-за небольшого градиента температур под-сводового пространства и слоя кокса.

Слой угольной шихты, расположенный у греющей стенки, очень быстро переходит в пластическое состояние и под воздействием поверхностного натяжения разделяется на полусферические части. При затвердевании и усадке они разобщаются и образуют в пристеночной части формирующихся кусков материал, который по внешнему виду аналогичен "цветной капусте". При дальнейшей усадке более удаленных от стен слоев полукокса и кокса возникают трещины, которые берут начало от трещин "цветной капусты". Продольные трещины возникают в результате напряжений, образующихся из-за значительного различия в усадке соседних слоев полукокса и кокса. Эти различия являются следствием градиента температур по ширине коксуемой загрузки. Развивающиеся продольные трещины разделяют массив полукокса - кокса на куски. Разделение на куски завершается обычно за 2-3 ч до конца коксования.

Что касается резонаявра,- описанного в /33/, то у него может термостатироваться только рабочая часть. Это, по-видимому, приводит к возникновению в исследуемой жидкости градиента температур

Основными недостатками коксования в камерных печах следует считать периодичность процесса, его протекание с разной скоростью из-за большого градиента температур по ширине печной камеры. Кроме этого загрузка шихты через верхние люки приводит к различной плотности шихты по высоте камеры и, как следствие, к получению кокса, разнородного по крупности, прочности, пористости и реакционной способности.

Влияние температуры верха колонны на материальный баланс и качественную характеристику деасфальтизата еще значительнее . Увеличение градиента температур по высоте колонны повышает четкость разделения масляных фракций.

Дилатометры рассмотренного класса в принципе могут быть-использованы при определении КТР кокса. Однако большие размеры образцов, сложность создания минимального градиента' температур по длине образца и нанесения штрихов отсчета, относительно большая прогрешность измерений затрудняют их применение.