Стефан трубка

Схема трубки Стефана. Обратите внимание, что не обязательно, чтобы сверху была поперечно-горизонтальная трубка. Справа математически эквивалентная более простая модель.

В химической технологии трубка Стефана — это устройство, изобретенное Йозефом Стефаном в 1874 году. ^{[ 1 ]} Его часто используют для измерения коэффициентов диффузии . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Он представляет собой вертикальную трубку, по верху которой течет газ, а внизу находится резервуар с летучей жидкостью, поддерживаемый в ванне с постоянной температурой. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Жидкость в бассейне испаряется , диффундирует через газ над ней в трубке и уносится потоком газа через устье трубки вверху. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} Затем измеряют падение уровня жидкости в трубке. ^{[ 4 ]}

Трубка обычно имеет узкий диаметр для подавления конвекции . ^{[ 4 ]}

Математическое моделирование трубки Стефана очень похоже на то, как можно смоделировать диффузию молекул парфюмерного аромата из (скажем) капли духов на коже или одежде, испаряющихся по воздуху к носу человека. Между моделями есть некоторые различия. Однако оказывается, что они мало влияют на результаты при сильно разбавленных концентрациях паров. ^{[ 5 ]}

Анализ

При анализе системы делаются различные предположения. Жидкость, условно обозначенная А , не растворяется в газе в трубке, условно обозначенном В , и не в реакцию . вступает с ним ^{[ 3 ]} Уменьшением объема жидкости A и увеличением объема газа B с течением времени можно пренебречь для целей решения уравнений, описывающих поведение, и можно сделать предположение, что мгновенный поток в любой момент времени является установившимся состоянием. ценить. ^{[ 4 ]}^{[ 2 ]} нет радиальных или окружных составляющих В градиентах концентрации , возникающих в результате конвекции или турбулентности, вызванных чрезмерно энергичным потоком в верхнем отверстии трубки, и поэтому диффузию можно рассматривать как простой одномерный поток в вертикальном направлении. ^{[ 1 ]}^{[ 6 ]} Мольная доля А . в верхнем устье трубки равна нулю из-за потока газа ^{[ 2 ]} На границе раздела между A и B поток B равен нулю (поскольку он нерастворим в A ), а мольная доля является равновесным значением. ^{[ 6 ]}^{[ 4 ]}

Таким образом, поток B , обозначаемый N _B , равен нулю во всей трубе. ^{[ 4 ]} его диффузионный поток вниз (вдоль градиента концентрации) уравновешивается его конвективным потоком вверх, вызванным A . ^{[ 3 ]}^{[ 6 ]}

Применяя эти предположения, систему можно смоделировать с использованием законов диффузии Фика. ^{[ 1 ]} или как диффузия Максвелла-Стефана . ^{[ 6 ]}

Ссылки

Перекрестный индекс

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Линхард, 2019 г. и раздел 11.7 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Тейлор и Кришна 1993 , с. 21.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дуонг 1998 , с. 343.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Кирван 1987 , с. 88.
^ Тейшейра и др. 2012 , стр. 75–77.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тейлор и Кришна 1993 , с. 22.

Источники

Линхард, Джон Х. IV; Линхард, Джон Х.В. (2019). Учебник по теплопередаче (5-е изд.). Минеола, Нью-Йорк: Dover Pub.
Дуонг, До Д (1998). «Основы диффузии и адсорбции в пористых средах». Адсорбционный анализ: равновесия и кинетика . Серия по химической технологии. Том. 2. Мировая научная. ISBN 9781783262243 .
Кирван, Дональд Дж. (1987). «Принципы массообмена». В Руссо, Рональд В. (ред.). Справочник по технологии процесса разделения . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780471895589 .
Тейлор, Росс; Кришна, Р. (1993). Многокомпонентный массообмен . Серия Wiley в области химической инженерии. Том. 2. Джон Уайли и сыновья. ISBN 9780471574170 .
ТЕЙШЕЙРА, Мигель А.; РОДРИГЕС, Оскар; ГОМЕС, Паула; МАТА, Вера; РОДРИГЕС, Алирио (2012). «Перформанс парфюмерии». Парфюмерная инженерия: дизайн, характеристики и классификация . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 9780080994079 .

Дальнейшее чтение

Хайнцельманн, Ф.Дж.; Васан, DT; Вилке, ЧР (февраль 1965 г.). «Профили концентрации в диффузионной трубке Стефана» . Индийский англ. хим. Основы . 4 (1): 55–61. дои : 10.1021/i160013a009 .
Митровица, Йован (июнь 2012 г.). «Йозеф Стефан и его испарительно-диффузионная трубка - проблема диффузии Стефана». Химико-техническая наука . 75 (18): 279–281. дои : 10.1016/j.ces.2012.03.034 .
Слэттери, Джон К. (1999). «Дифференциальные балансы в массообмене». Современные транспортные явления . Кембриджская серия по химической инженерии. Издательство Кембриджского университета. стр. 489–500 . ISBN 9781316583906 .

[FOOTNOTELienhard2019Section_11.7-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Линхард, 2019 г. и раздел 11.7 .

[FOOTNOTETaylorKrishna199321-2] Jump up to: ^а ^б ^с Тейлор и Кришна 1993 , с. 21.

[FOOTNOTEDuong1998343-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дуонг 1998 , с. 343.

[FOOTNOTEKirwan198788-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Кирван 1987 , с. 88.

[FOOTNOTETeixeiraRodriguezGomesMata201275–77-5] Тейшейра и др. 2012 , стр. 75–77.

[FOOTNOTETaylorKrishna199322-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Тейлор и Кришна 1993 , с. 22.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]