Движение - молекула - пар
Cтраница 3
Движение отдельных, не связанных между собой молекул пара в соединительной трубе происходит от стенки к стенке, и при каждом столкновении с внутренней поверхностью трубы молекулы пара меняют направление своего движения. Каким бы ни был источник испарения и как бы он ни располагался, при движении молекул пара в соединительной трубе достаточно большой длины ( i d) происходит как бы усреднение движения и влияние формы источника совершенно перестает сказываться на профиле образования конденсата. После достижения молекулами пара границ поверхности конденсации дальнейшее движение пара происходит в объеме конденсатора. При известных условиях в объеме конденсатора возникают ассоциированные частицы из молекул пара, что приводит к принципиально новым явлениям. Однако в рассматриваемом случае они подавляются развитой поверхностью конденсатора. [31]
При конденсации водяного пара в лед добавление неподвижного газа приводит к возникновению циркуляционного движения смеси в объеме конденсатора. Это движение, обладающее большими скоростями, создает благоприятные условия для пульсирующего процесса оседания молекул пара на поверхности фазового превращения, что приводит к росту коэффициента затвердевания. Добавление воздуха в пар, с одной стороны, уменьшает среднюю длину свободного пробега молекул пара, сталкивающихся с молекулами газа, а с другой, - увеличивает поступление молекул пара к поверхности конденсатора вследствие процесса адсорбции. Молекулы пара в присутствии газа чаще падают в одну и ту же точку поверхности сублимационного льда. Хотя молекулы газа препятствуют движению молекул пара к охлаждающей поверхности, но эти же самые молекулы после отражения от поверхности сублимационного льда адсорбируют молекулы пара или даже ассоциированные группы, доставляя их к поверхности фазового превращения. Поэтому скорость конденсации пара в твердое состояние при прочих равных условиях возрастает ( до определенного предела) с увеличением парциального давления неконденсирующихся газов. [32]
В условиях высокого вакуума по пару молекулы пара в парогазовой смеси практически не сталкиваются между собой, но могут сталкиваться с молекулами неконденсирующегося газа. Представим себе сосуд, в котором молекулы пара испытывают значительно больше столкновений с молекулами неконденсирующегося газа, чем между собой, причем средняя длина свободного пробега молекул газа меньше характерного размера сосуда. В этом случае каждая молекула пара, поступившая в объем конденсатора, прежде чем достигнуть охлаждаемой поверхности, претерпевает несколько столкновений с газовыми молекулами. Такие столкновения вызывают изменение направления движения молекулы пара, и траектория ее пути к стенке сосуда представляет собой многократно изломанную линию. Независимо от того, каково было направление движения молекулы пара при поступлении в объем конденсатора, соударения с газовыми молекулами приводят к полной потере начальной ориентировки, и вызывают нарушение линейного закона распределения конденсата на охлаждаемой поверхности. [33]
При конденсации пара в присутствии неподвижного газа молекулы газа с кинетической точки зрения играют отрицательную роль, а с термодинамических позиций - положительную, адсорбируя молекулы пара или даже ассоциированные группы молекул. В условиях высокого и среднего вакуума пар сравнительно свободно диффундирует через неконденсирующийся газ, находящийся в тепловом движении после отражения его молекул от поверхности льда. Однако это справедливо только при определенной величине среднего свободного пробега молекул пара, сталкивающихся с молекулами газа. В области больших давлений может получиться и так, что молекулы пара практически не смогут продвинуться вперед. Увеличение количества воздуха в объеме конденсатора при постоянном парциальном давлении пара затрудняет движение молекул пара к охлаждаемой поверхности и конденсация начинает происходить на меньшей площади. О влиянии неподвижного газа на распределение твердого конденсата в цилиндрических трубах и об использовании площади говорят рентгеновские снимки распределения сублимационного льда, представленные на фиг. [34]
Молекулярная дистилляция основана на использовании собственных колебаний молекул жидкости. Если в результате теплового движения молекула отрывается от поверхности жидкости, то в условиях высокого вакуума она пролетит путь, соответствующий длине свободного пробега молекулы. Процесс может продолжаться при условии, что испарившиеся молекулы пара достигнут поверхности конденсации и задержатся на ней. Пар образуется не во всей массе жидкости, как это имеет место при кипении, а только на ее поверхности. Такой процесс может быть непрерывным только при незначительном сопротивлении проходу пара от испарителя к конденсатору, а также при обеспечении диффузии из глубинных слоев жидкости к поверхности испаряющегося компонента смеси. Чтобы уменьшить сопротивление движению молекул пара, необходимо исключить столкновение молекул пара с молекулами неконденсирующего газа. Столкновение молекул пара между собой влияет меньше, так как испарившиеся молекулы движутся все приблизительно в одном направлении. Эти столкновения влияют тем меньше, чем больше упругость пара дистиллируемой жидкости. В отличие от обычной дистилляции скорость разделения не определяется условиями равновесия между жидкостью и паром, а зависит от соотношения скоростей теплового движения молекул отдельных компонентов. Не существует определенной температуры дистилляции, которая соответствовала бы температуре кипения, отвечающей данному давлению. [35]
 |
Схема для расчета процесса сублимации растворителя. [36] |
Обозначим этот путь и время движения молекулы соответственно через / 2 и та. Длина пути / 2 определяется характерным размером аппарата, в реальных условиях он обычно не превышает 10 - 15 м, а скорость диффузии в разреженном газе весьма велика. Стало быть, если над сублимационной поверхностью поддерживается высокий или средний вакуум, то скорость испарения определяется главным образом временем движения молекулы пара по капиллярам слоя высушенного вещества, а временем диффузии молекулы в объеме сублиматора в первом приближении можно пренебречь. Сушка теплочувствительных веществ все больше и больше проникает в область высокого вакуума, где диффузионные процессы уже существенно не влияют на скорость обезвоживания. Что касается сушки в условиях низкого вакуума, то необходимо учитывать диффузию пара в среде остаточного газа. Очевидно, общее время т движения молекулы пара от начального момента - отрыва молекулы пара от влажного вещества - до конденсации или удаления ее из объема аппарата определяется т T. [37]
Молекулярная дистилляция основана на использовании собственных колебаний молекул жидкости. Если в результате теплового движения происходит отрыв молекулы от поверхности жидкости, то в условиях высокого вакуума она пролетит путь, соответствующий длине свободного пробега молекулы. Для того чтобы процесс мог продолжаться, необходимо, чтобы испарившиеся молекулы пара могли достигнуть поверхности конденсации и задержаться на ней. Образование пара происходит не во всей массе жидкости, как это имеет место при кипении, а только на ее поверхности. Такой процесс может непрерывно осуществляться только при наличии незначительного сопротивления проходу пара от испарителя к конденсатору, а также при обеспечении диффузии из глубинных слоев жидкости к поверхности испаряющегося компонента смеси. Главным фактором для уменьшения сопротивления движению молекул пара является отсутствие столкновений молекул пара с молекулами неконденсирующегося газа. Столкновение молекул пара между собой оказывает меньшее влияние, так как испарившиеся молекулы движутся все приблизительно в одном направлении. [38]
Страницы: 1 2 3