Граничні умови

Зважаючи на аналогію між дифузійним мосообміном і теплопровідністю ми повинні зазначити граничні умови для визначення розподілу концентрації певного компоненту речовини.

Існує два види умов:

Граничні умови І роду, це коли задана визначальна концентрація компонента речовини.

Граничні умови ІІ роду визначальні потоки речовини.

Але попри існуючу аналогію є принципова відмінність між заданими температурами і концентраціями.

Температура є обов’язковою, безпосередньою функцією, а концентрація в загальному випадку також є.

Т емпературні стінки і температура повітря на поверхні стінки завжди одна й та сама, а концентрація повітря на обох сторонах міжфазної поверхні вода-повітря дуже сильно розрізняється.

Концентрація води з обох боків міжфазної поверхні вода-повітря є суттєво різною, навіть з насиченим повітрям. Таким чином задаючи граничні умови шляхом визначення концентрації певного місця необхідно ще визначити з якої сторони границі ця концентрація має місце.

Використовуючи закон дифузії можна записати граничні умови ІІ роду.

Граничні умови для дифузії компонента, а на границі .

густина потоку;

дифузійний потік;

- питомі молярні і масові потоки компонента А на міжфазній границі А=0.

Окремий випадок(спеціальний) коли ці потоки будуть нульовими, матиме місце якщо це поверхня є непроникна.

Аналогія з теплообміну

Звідки граничні умови у вигляді визначальної концентрації знаходяться з вимоги термодинамічної рівноваги на міжфазній поверхні для компонента міжфазної суміші.

Рідина-тверде тіло. При певній температурі, певна кількість твердого тіла може розчинятись у рідині і ця розчинна здатність визначається вимогою термодинамічної рівноваги між твердим тілом і розчином на міжфазній поверхні.

Розчинність в фактично максимальна, яка може розчинятись у даній рідині при даній температурі вона є кількісно визначена.

Розчинність натрій хлор у воді при температурі 310 К складає 36,5 кг на 100 кг води. Масова частка солі у цьому розчині на міжфазній поверхні складає

Зазначимо що у цьому процесі вода стає насиченою саме тоді коли 36,5 кг розчиниться при температурі 310К. У інших випадках цей розчин буде не насичений за цієї температури.

Міжфазна поверхня. Газ. Процес абсорбції, коли газ абсорбує з рідиною. Гази слабо розчиняються у рідинах і для таких розбавлених розчинів мольна фракція компонента і в газовій і в рідких фазах на міжфазній поверхні будуть пропорційні одна одній.

Фактично парціальний тиск з газової сторони буде пропорційний тиску всієї суміші компоненту суміші з рідиною сторони, якщо газ є ідеальним.

Відношення Генрі.

H – константа Генрі. Яка фактично є добутком загального тиску газової суміші і коефіцієнт пропорційності.

Константа Генрі для даного компонента є функцією лише температури і практично не залежить від тиску до величини атмосфери. З рівняння Генрі і константи Генрі можна зробити висновки.

Концентрація газу розчиненого у рідині зворотно пропорційна константі Генрі;

Зі зростанням температури, константі Генрі збільшується і відповідно частка зменшується;

Концентрація газу розчиненого у рідині пропорційна парціальному тиску від газу. Чим більший тиск, тим більша частка розчиненого газу;

Зазначимо що закон Генрі стосується розбавленого розчину газів у рідині. Тобто у рідині з маленькою кількістю розчинених в них газу.

Що робити якщо газ сильно розчиняється у воді чи в рідині? Наприклад алюміній плюс вода.

Лінійний закон Генрі з лінійною пропорційністю уже не працює і мала частка розчиненого газу визначається як формула температури і парціального тиску. Для мольної частки компонента і в рідині на газовій стороні міжфазної поверхні справедлива така формула.

-тиск насичення компонента і на міжфазній поверхні компонента t;

- загальний тиск (сумарний). Закон Рауля.