АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Экстрагирование в системе твердое тело – жидкость как массообменный процесс. Диффузия молекулярная и конвективная. Закон Фика. Уравнение массообмена.

В капиллярно-пористых телах перенос вещества происходит по капиллярам в результате действия капиллярных сил, а также конвекцией и молекулярной диффузией. Преобладание того или иного механизма переноса определяется характером взаимодействия поверхности капилляра и переносимого вещества, а также величиной соотношения длины свободного пробега молекулы l и радиуса капилляра r. Если l<<r, то преобладающим является конвективный перенос, а если r имеет тот же порядок, что и l, то перенос вещества происходит преимущественно диффузией.

Массообменные процессы обратимы и всегда протекают в двух направлениях в прямом и обратном, т.е. как из фазы с большей концентрацией целевого компонента, так и из фазы с меньшим содержанием этого компонента. Процесс массообмена протекает до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие, т.е. такое состояние системы, при котором количество молекул, перенесенное за единицу времени из одной фазы в другую, будет равным. Другими словами, будет достигнута равновесная концентрация целевого компонента при данных условиях температуры и давления. Для каждого конкретного случая равновесного состояния существует определенная зависимость между концентрациями целевого компонента в фазах. Процессы массопередачи характеризуются движущей силой, которая представляет собой отклонение от состояния равновесия и определяется через разность концентраций - рабочей и соответствующей ей равновесной в той же фазе.

Молекулярная диффузия происходит в газах, жидкостях, а также в твердых телах, в результате хаотического движения молекул. Если в системе имеются области с высокой и низкой концентрациями какого-либо вещества, то в указанных областях концентрации стремятся выравняться.

Кинетика такого переноса вещества подчиняется первому закону Фика, согласно которому:

(6.1)

где dG - количество вещества, кг;

- градиент концентрации, ;

dF - площадь массообмена, м²;

D – коэффициент молекулярной диффузии, м²/с;

dt - время диффузии, с.

Коэффициент диффузии показывает какое количество вещества диффундирует через поверхность 1 м² в единицу времени 1 с при разности концентраций равной 1 кг/м³ на 1 м длины.

Молекулярная диффузия – процесс очень медленный и самостоятельно встречается достаточно редко, чаще в сочетании с конвекцией, т.е. в виде конвективной диффузии.

Конвективная диффузия Закон конвективной диффузии, открытый Щукаревым имеет вид:

, (6.2)

где b - коэффициент массоотдачи, характеризующий перенос вещества одновременно диффузией и конвекцией, м/с; с_г – концентрация целевого компонента на границе фазы, кг/м³;

с_я – концентрация целевого компонента в ядре фазы, кг/м³.

Коэффициент b показывает какое кол-во вещества передается от границы раздела фаз в объем (ядро) фазы (или наоборот) через 1 м² поверхности за 1 с, при разности концентрации равной 1 кг/м³.

В связи с тем, что определить градиент концентрации фаз непосредственно у границы их раздела трудно, уравнения молекулярной диффузии для определения количества вещества перешедшего через поверхность раздела фаз не всегда применимы. Поэтому процесс переноса вещества из одной фазы в другую определяется с помощью основного уравнения массообмена:

,

где К – коэффициент массообмена, который показывает какое количество вещества переходит из одной фазы в другую через поверхность контакта 1 м², за время 1 с при движущей силе, равной 1 м/с.

Так как в процессах массообмена движущаяся сила непрерывно изменяется, то в расчетах используют среднее значение движущей силы, а уравнение массообмена записывают в интегральной форме:

Дата добавления: 2015-11-26 | Просмотры: 778 | Нарушение авторских прав