Дифузія газу у твердих тілах

Процес досить ускладнений, може бути незалежною від структури твердого тіла або може дуже чітко залежати від його пористості. Розчинність видно у титані дуже схоже на розчинність у воді і також є оборотньо.

Наприклад розчинність кисню у процес необоротний концентрації газової компоненти у твердій речовині на поверхні, пропорційна парціальному тиску цієї компоненти в газі.

Розмірність тиску бар і кмоль компонента на ;

Добуток розчинності газу і коефіцієнту дифузії газу у твердій речовині називається «проникливість»

Стаціонарний масообмін через плоску стіну

Стаціонарна задача дифузійного масообміну компонента А є аналогічною до стаціонарної теплопровідності через плоску стінку без внутрішніх джерел теплоти. Внутрішні джерела були б аналогічними хімічними реакціями з генерацією компонента А.

Багато співвідношень з теплопровідності можуть використовуватись в масообміні шляхом заміни відповідних величин.

Теплопровідність	Диф.масообмін
Т
q
a

Розглянемо тверду плоску стінку, площиною F, товщиною l, і з густиною .

Дана задача є І стаціонарною ( . Через стаціонарні задачі можна записати закон збереження маси для компонента А.

- дифузійний опір;

; ; ;

Попередній аналіз може бути приведений для мольних величин.

Випадок циліндричної стінки

Дифузія газу через тверду поверхню

Конвективний масообмін

Дифузійний масообмін – масо передача під дією градієнта концентрації. Конвективний масообмін – масо передача під сукупною дією масо дифузії і об’ємною течією рідини. Рідинний потік значно підвищує теплопередачу і за аналогією масо передачу.

У граничному випадку за відсутності об’ємного руху рідини масова конвекція вироджується у масову дифузію, так само, як теплова конвекція вироджується у теплопровідність.

Аналогія між теплообміном і масообміном поширюється на:

Поняття вимушеної і вільної конвекції;

Ламінарний і турбулентний потік;

Зовнішнє обтікання і внутрішня течія. Конвективний масообмін ускладнюється рядом параметрів обємної течії:

Геометрія поверхні;

Швидкість течії;

Режим течії;

Зміна властивостей течії;

Склад рідини;

Масова конвекція розглядається переважно на масовій концентрації, а не на молярній;

Рідини, які можна віднести до бінарних сумішей.

Розглянемо течію повітря вздовж вільної поверхні води.

Якщо повітря не є вологим( насиченим) тоді концентрація водяної пари буде варіюватися від максимального біля поверхні води (повітря завжди насичене) до вільної водяної пари на відстань від поверхні.

За аналогією з температурним граничним шаром (область де існує градієнт температури) ми можемо визначити область течії, де існує градієнт концентрації - концентраційний граничний шар.

Для зовнішнього обтікання товщина КГШ( ) визначається як відстань від поверхні, на якій справедливе співвідношення:

– густина ( масової концентрації) на поверхні;

- на відстані від поверхні;

– поточна густина;

Для внутрішнього обтікання:

КГШ, у якому профіль концентрації буде супроводжуватись гідродинамічним і температурним граничним шаром.

Дистанція від входу труби до кінця концентраційної стабілізації позначається:

- ділянка концентраційної стабілізації.

Для розвинутої області виконується інше співвідношення:

- об’ємна густина компонента А.

Т.ч. профіль безрозмірної різниці концентрацій так само, як і коефіцієнт масовіддачі залишається постійним в розвинутій області.

Відбувається аналогія між коефіцієнтом тепловіддачі .

У тепловій конвекції використовується безрозмірне число Pr, яке визначається за формулою:

За аналогією в масообміні вводиться число Шмідта Sc:

Pr – відношення кількості руху (імпульсу) до теплової дифузії у швидкості і термічному шарі; гідродинамічному граничному шарі.

Sc – відношення молекулярної кількості руху (імпульсу) і масової дифузії в ГДШ і КГШ.