Получение тугоплавких соединений в плазме - Краснокутский Ю.И.
Скачать (прямая ссылка):
При составлении математического описания основных физико-химических стадий процесса предполагается, что исходное газообразное сырье, например MeHaI, мгновенно смешивается с плазменным теплоносителем в канале реактора в сечении х0, в котором устанавливается квазиравновесное состояние Тпл = T0 с определенными составом газовой смеси, начальной скоростью газового потока и0 и давлением р0. Условно процесс конверсии разделяется на две основные последовательно протекающие стадии: химическую реакцию и спонтанное образование зародышей конденсированного продукта и посл^ їии^рис Р1°)СТа ЧаСтичек 33 счет гетерогенной конденса-
соей?*1 одномеРн°го течения двухфазной реагируют^ слеп™ цилиндРическом канале постоянного сечения прй зы (mWX А°пУщениях: частички конденсированной ф»' уидукта) монодисперсны, они не образуют агрегатов-
рост их не сопровождается процессами дробления и коа-лесценции, скорость газовой и дисперсной фаз одинакова («г = U1I = «)• Тогда можно записать следующую систему уравнений: неразрывности
Фі —j~x--Ir Ф2Р2 -ft- = и» — xa; (34>
сохранения импульса
и[ріФі-2Г +Рафг-^-]+-^-= ? #xw —X2; (35> сохранения энергии
Г * dIu dh Л
и [РіФі aУі ~^ + р2фа "5J+
+ [Р1Ф1 —ot + Р2Ф2 -s- J =
= J xu (/„ + 4-) + X2 (Z2 - Z11) + q; (36)
состояния многокомпонентной газовой смеси
P=S yt/MtRPiTil (37>
скорости химических превращений
Xu =-?-= -tff л?, (38>
где ZCt = /Со/ exp (—E1IRT);
скорости фазовых переходов (конденсации)
С w. dm <хк, х)
-5^H- dx; (39>
количества теплоты, полученной от сконденсировавшейся частички в результате теплообмена
X
q = J / (х'к) qx (хк, X) dx; (40>
количества конденсированной фазы, образовавшейся в сечениях X11 и X
am(xK,x) _ 4я«кг2(*к, д)р / Psr і/~ТГ). ....
dx--иТШ~V~~ У -т7)dX] m
25
скорости образования зародышей в сечении хк
(42)
количества теплоты, отданного частичкой, образо. вавшейся в сечении хк, среде в сечении X
Яг (*к. *) = 0,585 - 4яг2Рі«т УЩ- R T=T <ri - Ч
(43)
Здесь pi, P2 —¦ плотность парогазовой среды и конденси-рованных частичек; и — скорость среды; yt — мольная доля і-го компонента в газовой смеси; Iu — энтальпия і-то компонента; /2 —энтальпия конденсированного продукта; k — количество химических компонентов и веществ; Mi — молекулярная масса 1-го компонента; р — давление; R — газовая постоянная; nt- — концентрация і-го компонента; Et — энергия активации химической реакции; ак — коэффициент конденсации; г (хк, х) — радиус частички, образовавшейся в сечении , в сечении х; psr — давление насыщенного пара над частичкой размером г; T1, T2 — температуры среды и частички; k — постоянная Больцмана; а — коэффициент поверхностного натяжения; Mi — масса молекулы конденсирующегося вещества; AG — работа образования критического зародыша; г — размер критического зародыша; <хт —- коэффициент термической аккомодации; п — показатель изоэнтропы.
В силу значительной нелинейности системы уравне-НИМ34) — (43) она решается численными методами. Для удобства пользования приведенной системой уравнений ее целесообразно привести к безразмерному виду (нормируя величины соответствующими начальными значениями), свести ее к одним дифференциальным уравнениям величин"1"1* ИХ относительно производных всех искомых
лейПг^аб°Т-а ?апельно-жидкого сырья (растворов со-нитоа™ ~И)' ? качестве исходного сырья применяют гиес^ш'„пНУ.ЛЬфатЫ' аи-етаты, карбонаты и дрУ •отся по™р^ИДРОКСИДЬІ металлов, которые часто явля-***™чюш?У^ЧНЪЫП веществами при выделении соот-сьфья цементов в виде оксидов из минерального
r° Раствора SJZvff процесс термолиза нитратного водно-^ гвора трехвалентного элемента можно представить
в виде суммарного химического уравнения
[Me (NOe)3] • яНаО -> 4" Ме*°*+ 3 (N0)r +
+ ¦^-O2 + пН20 + Q, (44>
где п — количество молей воды; Q — тепловой эффект процесса.
Если в растворе имеется несколько элементов, то в процессе плазменной обработки конечными продуктами могут быть сложные оксиды, имеющие соответствующую-кристаллическую структуру (шпинели, перовскиты и др.), или механические смеси простых оксидов.
Термолиз водных растворов в плазменных теплоносителях сопровождается сложными физико-химическими и тепломассообменными процессами. Остановимся на них несколько подробнее.
Нагрев и испарение растворителя. Экспериментальных исследований процесса взаимодействия и тепломассообмена капель диспергированной жидкости с плазменными теплоносителями пока не проведено, "что затрудняет составление физической модели процесса и его-математическое описание. Имеющиеся работы расчетного характера [33, 34] по определению характерных времен испарения капель жидкости в высокотемпературных теплоносителях (при T « 3000 К) используют, как правило, аппроксимации для расчета коэффициентов переноса, полученных при умеренных температурах. Это вносит неопределенность при оценке погрешностей расчетов и достоверности полученных результатов. В этой связи одной из наиболее важных задач для практической реализации рассматриваемого метода является исследование процессов тепломассообмена диспергированной жидкости с потоком плазменного теплоносителя.
