11.Дифузія в розчинах полімерів

У зв'язку з дифузією в полімерних розчинах становлять інтерес два різні явища: 1) дифузія високомолекулярної речовини в рідкому розчиннику й 2) дифузія газів і інших низькомолекулярних розчинених речовин у розчинах полімерів. Дифузія кисню або З₂ у біологічних розчинах протеїнів є прикладом другого з розглянутих явищ.

Для більших негидратированных молекул (молекулярна маса перевищує 1000) при низьких концентраціях у воді Польсон дає просте співвідношення: Через непористі полімерні мембрани може проходити більшість газів і рідин, розчинних у полімерному матеріалі. речовина, що дифундує, розчиняється в мембрані в однієї поверхні й десорбируется в іншої. Загальним потенціалом, або рушійною силою є різниця активностей розчиненого речовини в обох поверхонь мембрани, причому кожна по суті дорівнює активності цієї речовини в навколишньому середовищі.Розрізняють проникність і середній коефіцієнт дифузії в полімерній матриці. Перша з названих величин дорівнює добутку щільності потоку на товщину мембрани, діленому на загальну різницю хімічних потенціалів між двома зовнішніми стосовно мембрани середовищами. Друга величина є коефіцієнтом D відомого закону Фика, заснованого на градієнті об'ємної концентрації речовини, розчиненого в полімері. Співвідношення між згаданими величинами дається наступним рівнянням для переносу газу через мембрану товщиною Складне явище дифузії в полімерах можна розділити, розбираючи два типи систем: переміщення «газів», які слабко взаємодіють із полімерами, і перенос пар і рідин, розчинність яких велика й викликає набрякання полімерів. Для газів з більш постійними властивостями розчинність звичайно діє за законом Генрі, а коефіцієнти дифузії не залежать від тиску й концентрації розчиненого речовини в полімері. На коефіцієнти дифузії органічних сполук, що приводять до набрякання полімерів, сильний вплив виявляє концентрація розчиненого речовини.

12.КОНВЕКТИВНИЙ МАСООБМІН 12.1. ОСНОВНИЙ ЗАКОН КОНВЕКТИВНОЇ МАСОВІДДАЧІ Розглянемо цей процес під час безпосереднього контакту повітря з поверхнею рідини, коли відбувається процес її випаровування. Такий процес є комплексним і поєднує в собі не тільки явище перенесення теплоти, але й явище перенесення маси речовини (тобто вологи), які супроводжуються зміною термодинамічного стану повітрянопарової суміші. Визначення кількості випаровуваної рідини і кількості перене­сеної під час цього теплоти є часто предметом розрахунків систем вен­тиляції і кондиціонування повітря.Явище випаровування пояснюється тим, ще в рідинах, як і в газах, молекули володіють різною енергією, як більшою, так і меншою від середньої енергії, значення якої визначається температурою. Тому при певній температурі в рідині є молекули, які володіють такою енергією, що наближаючись до поверхні рідини, вони лож)ть подолати притя­гання сусідніх молекул і, прориваючись крізь поверхневий шар, вилі­тають за межі рідини.Чим вища температура рідини, тим більшою буде кількість молекул і, отже, тим інтенсивніше відбуватиметься процес випаровування. Однак, необхідно відзначити, що поряд з вильотом частини рідини в атмосферу відбувається зворотній процес попадання атмосфери всередину рідини. Таке явище властиве молекулам, які діють малою енергією і, наближаючись до поверхні рідині поглинаються нею під дією сил міжмолекулярного зчеплення поверх рідини.Для підтримання сталої температури випаровування рідини потрібно підводити до неї теплоту зовні. Ця теплота називається теплотою випаровування (теплотою фазового перетворення). Отримання такої теплоти рідиною не призводить до підвищення температури, тому що теплота витрачається на виконання роботи, яка витрачається на випаровування.Рідина може випаровуватись за таких температурних умов І) температура поверхні рідини вища температури навколишнього середовища за сухим термометром;11 2) температура поверхні рідини нижча температури навколищнього середовища за сухим термометром, але вища температури точки роси.В першому випадку потік теплоти спрямований від поверхні рідини в навколишнє середовище, в другому - з навколишнього середовища до |поверхні рідини. Процес теплообміну в обох випадках буде відбуватись конвекцією і випромінюванням.Процес масообміну між поверхнею рідини або твердого тіла і навколишнім середовищем (газом або рідиною) називається масовіддачею, а поверхня, від якої переноситься речовина, - поверхнею масовіддачі або масовіддаючою поверхнею. За основним законом конвектнвної масовіддачі (дифузії) густина, потоку маси m речовини, дифундуючої в цьому процесі, пропорційна різниці концентрацій дифундуючої речовини на масовіддаючій поверхні; ні C_F в стані рівноваги (насичення) та при температурі поверхні і в основній масі (ядрі) навколишнього середовища С_р

Густину потоку маси газу (пари) від масовіддаючої поверхні до навколишньої суміші газів можна визначити за формулою Дальтона:

12.2. Коефіцієнт массовідачі та основні фактори, які впливають на нього.

при різниці парціальних тисків дифундуючого газу на поверхні массовідачі та в навколишній суміші газів 1 Па:

Зв'язок між коефіцієнтами масовіддачі і маєтакийвигляд. де - мольна маса дифундуючого газу (пари), кг/кмоль.