МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 26

При оценке внешнего переноса обычно пользуются крите. риями подобия. Критерий Рейнольдса характеризует соотно­шение сил вязкости и инерции в движущейся среде, т. е.

Re = pud/Tj, (53)

Где и — скорость среды; р — плотность среды; 7} — коэффи­циент динамической вязкости; d — характеристический раз­мер потока.

Критерий Пекле характеризует соотношение количеств ве­щества, переносимого за счет конвекции (udC/dj:) и

Диффузии jz)-^-^ 1 Bx1

Pe = ud/D, (54)

Где D – коэффициент диффузии газа.

При большом значении Pe молярной диффузией можно пре­небречь по сравнению с конвективной. При Pe«1, наобо­рот, пренебрегают конвективной диффузией по сравнению со свободной.

Критерий Шмидта является диффузионным критерием (ана­логичен критерию Прандтля для теплообмена):

Sc = Ре/Re = v/D, (55)

Где V = T)/р — коэффициент кинематической вязкости. Для газов Sc я 1 и Pe «Re.

Если обозначить D/1« 0, получим

I = 0(Cj – C2). (56)

Величина 0 косит название коэффициента массопередачи. Он зависит от всех величин, определяющих скорость перено­са, кроме концентраций, и по аналогии с коэффициентом пропорциональности в выражении закона действия масс его иногда называют константой скорости диффузии. При турбу – 56 яентном движении /3 имеет характер эмпирического коэффи­циента и его значение зависит от газодинамической обста­новки процесса. С повышением скорости потока газа и сте­пени его турбулентности толщина пограничного слоя газа уменьшается, а величина коэффициента массопередачи воз­растает.

Связь массообмена с газодинамикой потока может быть выражена эмпирической функцией

\/й = /(Re, Sc). (57)

Из сопоставления этой величины с формулой коэффициента массообмена можно получить критерий Шервуда (аналогичный критерию Нуссельта для теплообмена):

Sh = pd/D. » (58)

В этих выражениях d — характеристическое расстояние, обозначающее размер обтекаемого газом сферического куска. Критерий Шервуда связан с критериями Рейнольдса и Шмидта следующим образом:

Sh = С + CRewSc", (59)

Где С и С’ – константы.

Для случая, когда газ обтекает шарообразные куски C = 2, при и = 0 величина Sh = 2; C = 0,6. Для ламинар­ного потока т = 1/2, л = 1/3. Для турбулентного потока т = 0,5+0,8; л = 1/3. Отсюда коэффициент массопередачи приблизительно пропорционален квадратному корню из ско­рости газа.

Критерий Шмидта для чистых газов в зависимости от дав­ления, температуры и типа газа составляет 0,6—0,8. Для газовых смесей критерий Шмидта чаще всего имеет меньшее значение, чем для чистых газов. Для смеси водорода и ДИоксида углерода (соотношение 1:1) Sc = 0,25 при 2O0C. С ростом доли более тяжелого компонента величина критерия Шмидта снижается, так как в интервале 50—100% cO2 вязкость почти постоянна, плотность растет, a D12 остается почти постоянным. Для смесей H2 = N2, также ха­рактерно подобное явление.

До последнего времени шли споры о возможности лимйщ. рующего влияния внешней диффузии на общую скорость вое – становления железорудных материалов. Рассмотрим некоторые простые соотношения. Считаем, что процесс состоит из двух стадий— химической реакции и внешней диффузии.

Для описания совместного протекания химической реакции на поверхности и диффузии применяют различные приближен­ные методы. В одном из них – методе равнодоступной по­верхности, разработанном Д. А.Франк-Каменецким, прини­мается, что все участки реакционной поверхности одинаково доступны для диффузии; диффузия и химическая реакция про­текают последовательно независимо друг от друга; концент­рация газа-восстановителя одинакова на всей поверхности. Это возможно при отсутствии глубоких и мелких пор в реа­гирующем твердом теле. Вся реакционная поверхность может рассматриваться как внешняя.