Молекулярна дифузія

При молекулярної дифузії кількість речовини, що дифундує через шар речовини, пропорційна поверхні шару F, м², зміні концентрації за товщиною шару Δ_ш, кг/м³, часу τ, сек. та обернено пропорційна товщині шару δ, м, тобто:

кг,

де D – коефіцієнт пропорційності, який називають коефіцієнтом дифузії, [м²/сек.].

Це рівняння називають рівнянням дифузії. Воно аналогічно рівнянню теплопровідності.

Конвективна дифузія

При конвективній дифузії кількість речовини, що переноситься в одиницю часу з фази, яка віддає речовину, до поверхні розділу фаз (або від поверхні розділу фаз в фазу, яка сприймає цю речовину), пропорційна поверхні F і різниці концентрацій Δ_част. речовини в фазі і у поверхні розділу:

M = β F Δ_част.

, кг/сек.

Різниця концентрацій Δ_част. є частною рушійною силою процесу, коефіцієнт пропорційності β називається коефіцієнтом масовіддачі, [м/сек.].

Коефіцієнт масовіддачі залежить від гідродинамічних, фізичних і геометричних факторів і визначається експериментальним шляхом.

Залежність між коефіцієнтом масопередачі К і коефіцієнтами масовіддачі β₁ та β₂:

,

де β₁ та β₂ – коефіцієнти масовіддачі для фаз G та L;

κ – тангенс кута нахилу дотичної до лінії рівноваги в даній точці.

Масообмін з участю твердої фази

В твердій фазі конвекція відсутня і перенос речовини характеризується рівнянням масопровідності, аналогічним рівнянню молекулярної дифузії:

де χ – коефіцієнт пропорційності що має розмірність коефіцієнту дифузії і називається коефіцієнтом масопровідності.

Якщо речовина переноситься з твердої фази в рідку, газову або парову фазу, що омиває тверду, то в межах твердої фази речовина переміщується внаслідок масопровідності до границі розділу фаз і далі переноситься в другу фазу шляхом конвективної дифузії.

Середня рушійна сила

Середня рушійна сила визначається за формулою:

де Δ₁ та Δ₂ – значення рушійної сили на вході та виході з апарату.

При співвідношенні 2 > > 0,5 можна використовувати формулу:

Це значення вірно лише в випадку, коли лінія рівноваги та робоча лінія являються прямими, а коефіцієнт масопередачі зберігається за усією довжиною апарату.

Іноді використовують інші методи розрахунків, які є більш точнішими. Для цього використовують поняття число одиниць переносу, який представляє зміну робочих концентрацій на одиницю рухомої сили:

Контрольні запитання

1. Як розрізняють процеси масопередачі?

2. Що таке молекулярна дифузія?

3. Що називають конвективною дифузією?

4. Як виглядає рівняння молекулярної дифузії?

5. Що виражає коефіцієнт масовіддачі?

6. Охарактеризуйте залежність між коефіцієнтами масопередачі та масовіддачі.

7. Що виражає коефіцієнт масопроводності?

8. Як визначають середню рухому силу процесу?

9. Що представляє собою число одиниць переносу?

3.2 Абсорбція (лекція)

Мета: ознайомитися з загальними відомостями про процес абсорбції, вивчити матеріальний та тепловий баланси процесу.

План

1. Загальні відомості про абсорбцію.

2. Рівновага між фазами.

3. Матеріальний баланс процесу.

4. Десорбція. Засоби десорбції.

5. Тепловий баланс абсорберу.