Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
teoria.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
7.86 Mб
Скачать

8. Молекулярная диффузия. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии и его физический смысл.

Молекулярная диффузия (массопровоность) – передача вещества за счёт перемещения молекул.

Молекулярная диффузия в газах и растворах жидкостей проис­ходит в результате хаотического движения молекул, не связанного с движением потоков жидкости. В этом случае, т. е. когда концентра­ции перемещающихся в пространстве молекул малы, препятствий к взаимосвязанному их перемещению нет. В результате имеет место перенос молекул распределяемого вещества из областей высоких концентраций в область низких концентраций. Кинетика переноса подчиняется в этом случае первому закону Фика: количество вещества, переданное за счет молекулярной диффузии, пропорционально градиенту концентраций поверхности контакта фаз и количеству времени на осуществление процесса: dM=-D*(δc/δn)*dFdτ.

dM-кол-во продифунд.в-ва;D-коэф.диффузии.

Знак минус в правой части уравнения показывает, что при молекулярной диффузии в направлении перемещения вещества концентрация убывает.

D показывает, какое количество вещества диффундирует через поверхность 1м2 в течение 1с при разности концентраций на расстоянии 1м, равной единице.

Коэффициент диффузии зависит прежде всего от агрегатного состояния систем: так, коэффициент диффузии для газов примерно на четыре порядка выше, чем для жидкостей. Коэффициент диффузии увеличивается с ростом температуры и уменьшается с повышением давления.

9. Уравнение Щукарева. Коэффициент массоотдачи и его физический смысл. Сопоставление с коэффициентом массопередачи.

Конвективная диффузия осуществляется за счет перемещения молей вещества от потока к стенке. Подчиняется массоотдача закону Щукарева-Нернста: кол-во вещества, переданного за счет массоотдачи, пропорционально разности концентраций у границы раздела фаз и в ядре потока поверхности контакта фаз и времени проведения процесса.

В основу рассмотрения явления конвективной диффузии поло­жена теория диффузионного граничного слоя. Согласно этой теории, распре­деляемое вещество переносится из ядра по­тока жидкости к границе раздела фаз непо­средственно потоками жидкости и молеку­лярной диффузией. В рассматриваемой системе поток можно считать состоящим из двух частей: ядра и граничного диффузионного слоя. В ядре перенос вещества осуществляется преимущественно токами жидкости и в усло­виях достаточной турбулентности течения; концентрация распределяемого вещества в данном сечении сохраняется постоянной.

dM=β(Cr-Cf)dF*dτ

β[м/с]-коэф массоотдачи, хар-т перенос в-ва конвективными и диф-ми потоками одновременно, показывает какое кол-во в-ва передается от пов-ти раздела фаз в воспринимаемую фазу через 1м2 фазового контакта в течении 1с при разности концентраций 1кг/м3.

Сr-конц-я в воспринимаемой фазе у поверхности раздела фаз

Сf-конц-я в ядре потока воспринимающей фазы.

Концентрация на границе Сr рассматривается как равновесная концентрация. Коэффициент массоотдачи зависит от гидродинамической обстановки.

Связь коэф. массопередачи и массоотдачи.

Допущения: 1. Процесс стационарный; 2. Равновесная линия прямая ур=Арх; 3. Концентрации на границе фаз являются равновесными.

хг=хрг; уг=ург; х=ур/Ар

Количество распределяемого вещества, перемещающегося из фазы G к элементу поверхности на границе раздела фаз: dM=βy (y-yг)dF, βy -коэффициент массоотдачи для фазы G.

То же количество распределяемого вещества, перемещающегося от элемента поверхности на границе раздела фаз в фазу L: dM=βxг-х)dF, βx -коэффициент массоотдачи для фазы L.

Равновесная зависимость: уррх→х=урр; хгргр

dM= βxг-х)dF= (βxр)(ургр)dF

для L: (угр)=(dM/dF) ( Aр/ βx) (1)

для G: (y-yг)=(dM/dF) ( 1/ βy) (2)

Складываем (1) и (2), получим: y-yр=(dM/dF) ( Aр/ βx + 1/ βx)

dM=[1/ ( Aр/ βx + 1/ βy)] (y-yр)dF (3)

Основное уравнение массопередачи имеет вид:

dM=Кy (y-yр)dF (4)

Сравнивая (3) и (4), получим: Ky=1/ (1/ βy+ Aр/ βx)

Kх=1/ ( 1/ βx + 1/Ap βy)

βy- коэф массоотдачи из потока газа к пов-ти фазового контакта

βx-коэф массоотдачи от пов-ти фазового контакта к потоку жидкости.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]