Испарение веществ в разреженной среде. Часть 4

Тогда скорость сублимации льда

где P1 — давление в объеме сублиматора; ра—давление у поверхности испарения; f' — коэффициент, учитывающий распад комплексных частиц в объеме и число столкновений молекул между собой, в результате которых определенная часть молекул возвращается на поверхность испарения;

В условиях высокого вакуума по пару, когда коэффициент затвердевания f - 1, отсутствует обратный поток пара от поверхности конденсации к поверхности испарения. При этом естественно предположить, что с поверхности F в единицу времени равномерно испаряется столько же молекул пара, сколько конденсируется. Это, в свою очередь, требует так сообщать веществу энергию для испарения, чтобы происходил равномерный отрыв молекул пара со всей поверхности F. При этом необходимо обеспечить движение молекул пара от поверхности испарения к поверхности конденсации, площадь которой должна быть рассчитана из условия равенства скорости испарения и скорости конденсации. 

Однако в действительности испарение с поверхности происходит далеко, не равномерно, и все испарившиеся молекулы не удается полностью сконденсировать. В среднем и низком вакууме часть молекул пара снова возвращается к поверхности испарения, в результате чего повышается давление в объеме аппарата и особенно у границ раздела фаз и тем самым снижается скорости сублимации. В этих условиях усиливается влияние конвективного переноса массы и энергии. Чем больше давление в сублиматоре, тем большая масса газообразного вещества участвует в движении от источника испарения к стенкам аппарата и нагревательным элементам (если таковые имеются) и от сте-

нок аппарата к поверхности испарения. Принесенная таким образом энергия вызывает испарение с поверхности, и чем больше принесенная энергия, тем сильнее испарение. Вновь образовавшийся пар, встречаясь с потоком массы, идущим от стенок аппарата, создает у поверхности раздела фаз слой с максимальным давлением, который существенно снижает скорость испарения, способствуя возвращению на поверхность сублимации части испарившихся молекул. В этом случае коэффициент сублимации h' изменяется от h' = 1 при высоком вакууме до h' —» 0 при динамическом равновесии, когда образующийся пар не отводится из объема аппарата.

в присутствии неконденсирующихся газов следует искать в условиях ассоиации молекул пара с молекулами газа, находящимися в разных энергетических состояниях.

Вопрос об образовании в водяном паре ассоциированных групп молекул достаточно разработан, и есть все основания считать, что водяной пар содержит комплексные частицы из нескольких молекул пара. Взаимодействие между ассоциирующимися молекулами осуществляется силами Ван-дер-ваальса; это взаимодействие, по-видимому, усложняется наличием водородных связей между молекулами воды. Характерной особенностью образования групп является увеличение их количества и размеров при понижении температуры пара. Как показано п. 1, если подсчитать значения второго вириального коэффициента для водяного пара, пользуясь потенциалом Штокмайера, то видно резкое возрастание (по абсолютной величине) второго вириального коэффициента при понижении температуры пара (см. рис. 17). Это свидетельствует об увеличении сил межмолекулярного взаимодействия.

 

Другие части:

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 1

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 2

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 3

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 4

Испарение веществ в разреженной среде. Часть 5