Глава 6 основи теорії масообміну

У багатьох процесах промисловості широко застосовуються явища переносу маси або масоперенос. Звичайно, ці процеси відбуваються разом з явищами теплообміну.

В основі теорії масообміну лежать ті ж фундаментальні залежності, що і в теорії теплообміну. Тому, при розгляданні подібних процесів використовуються принципи аналогії.

6.1 Основні визначення теорії масообміну

1. Масообмін – перенос маси деякого компонента у межах фази в іншу.

2. Фаза - суміш декількох компонентів, що не реагують один з іншим хімічно. В окремому випадку фазу може становити один компонент.

3. Поверхня розподілу – поверхня, що розділяє фази.

4. Ядро фази - основна частина фази, що характеризується постійністю розподілу концентрацій компонентів.

5. Пограничний шар – шар, розташований між по верхньою розподілу та ядром фази ( приклад – випаровування рідина: дві фази, рідка та газоподібна, поверхня розподілу – поверхня рідини). По товщині пограничного шару спостерігається змінювання концентрацій компонентів.

6. Масовіддача - перенос маси компонента у межах однієї фази у напрямку до поверхні розподілу ( або навпаки, від поверхні розподілу до ядра фази випаровування рідини, сублімація твердих тіл – відбувається масовіддача від поверхні розподілу в парогазове або газове середовище; розчинювання - масовіддача від твердої поверхні до навколишнього рідкого середовища).

Аналогія – тепловіддача при конвективному теплообміні.

7. Масопередача – перенос маси із однієї фази до іншої через поверхню розподілу. Аналогія - теплопередача. Відбувається наступне: компонент переноситься у межах однієї фази до поверхні розподілу шляхом масовіддачі, передається через поверхню розподілу, а потім діє масовіддача того ж компонента у межах іншої фази ( абсорбція – перехід речовини із газового середовища у рідке; адсорбція – перехід речовини із газового середовища у тверде; десорбція - зворотний процес абсорбції; сушка – перехід вологи із твердої фази в газову; зволоження – перехід вологи до твердої фази від вологоносія.

8. Дифузія - проникнення молекул ( або деяких мікрочастинок)компонента у міжмолекулярний простір речовини або декількох речовин тієї або іншої фази. Відрізняють молекулярну та конвективну дифузію.

Молекулярна дифузія зумовлена тепловим рухом молекул, конвективна – переміщенням мікрочастинок ( конвекція маси).

9. Концентраційна дифузія – виникає в результаті різниці концентрації компонента.

10. Термодифузія – виникає в результаті нерівномірності температури суміші по об’єму.

11. Бародифузія – виникає в результаті неоднорідності тиску по об’єму.

12. Потік маси – маса даного компонента фази, що проходить через деяку поверхню за одиницю часу I, кг/с ( масова витрата).

13. Густина потоку маси – потік маси, віднесений до одиниці поверхні ( тобто маса даного компонента, що проходить за одиницю часу через одиницю поверхні), , кг/м²с.

Між потоком маси та густиною потоку маси існує залежність

кг/с,

де F - поверхня.

9. Концентраційне поле – ( по аналогії до температурного поля) сукупність миттєвих значень концентрацій по об’єму об’єкта.

10. Ізоконцентраційна поверхні – уявлювана поверхня, що об’єднує однакові значення концентрації.

11. Концентрація компонента – маса одиниці об’єму фази, С, кг/м³.

12. Градієнт концентрації – падіння концентрації на одиниці довжини, кг /м⁴.