В РУСЛЕ ХИМИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ

По проекту РНФ пермские ученые ведут исследования в достаточно новой области знания — химической гидродинамике. Процессы преобразования реагентов и образования продукта реакции сопровождаются локальными изменениями физико-химических характеристик среды, способными вызывать крупномасштабное конвективное движение жидкости, что, в свою очередь, может существенно поменять пространственное распределение реагентов и скорость протекания реакции. Учет таких нелинейных эффектов необходим при построении моделей различных технологических процессов в химической, металлургической и нефте-перерабатывающей промышленности.

В статье представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований реакции нейтрализации в ситуации, когда реагенты изначально расположены в слоях несмешивающихся растворителей и могут проникать в соседние слои за счет диффузионных процессов. Ранее в таких системах неоднократно наблюдалось развитие упорядоченных конвективных структур, изначально возникающих вблизи межфазной поверхности, и их появление не удавалось воспроизвести в рамках существующих теоретических моделей.

Специально разработанная постановка экспериментов и выбор реакционных систем позволили авторам предложить физический механизм, ответственный за протекающие процессы, и построить теоретическую модель явления. В основу модели заложена идея о необходимости учета производства воды в ходе реакции. Несмотря на очевидность данного процесса с точки зрения химии, в химической гидродинамике этим традиционно пренебрегали в силу малых концентраций реагентов. Добавление новых слагаемых в известные уравнения реакции-диффузии-конвекции позволили впервые воспроизвести наблюдаемые режимы течения, возникающие при различных соотношениях концентраций реагентов. Полученные в рамках модели результаты отлично согласуются с данными лабораторных наблюдений как самих авторов, так и экспериментов, проведенных ранее другими группами.