18. Определение направленности массопереноса.

Распределяемое вещество всегда переходит из фазы, где его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Направление переноса распределяемого вещества, то есть направление массопередачи, можно определить с помощью линии равновесия и рабочей линии.

Пусть массопередача происходит между фазами x и y, рабочие концентрации которых равны и соответственно.

Если рабочая линия расположена ниже линии равновесия (рис .а), то для любой точки, например точки А рабочей линии, <*, >*, где * и * -равновесные концентрации, следовательно распределяемое вещество (компонент) будет переходить в этом случае из фазы x в фазу у. Перенос в таком направлении происходит например, в процессе ректификации, где более летучий компонент переходит из жидкой фазы (x) в паровую (у).

Если рабочая линия расположена выше линии равновесия (рис. б), то для произвольно выбранной на рабочей линии точки А концентрация >* и <*. При этом распределяемый компонент будет переходить

из фазы (у) в фазу (x). Пример: в процессе абсорбции, где распределяемый компонент (поглощаемый газ) переходит из газовой (у) фазы в жидкую (x). Таким образом на -диаграмме направление процесса массопередачи может быть определено по взаимному расположению равновесной и рабочей линии.

Скорость массопередачи связана с механизмом переноса распределяемого вещества в фазах. Перенос вещества внутри фазы может происходить только путем молекулярной диффузии (фаза неподвижна), либо путем диффузии и конвекции (движущаяся среда).В турбулентном потоке молекулярная диффузия преобладает только вблизи поверхности раздела фаз. При турбулентном течении возникают нерегулярные пульсации скорости под действием которых, на ряду с общим движением потока происходит перемещение частиц во всех, и в том числе и поперечном направлении. Конвективный перенос вещества, осуществляемый под действием турбулентных пульсаций называют турбулентной диффузией.

19. Молекулярная диффузия.

Молекулярной диффузией называется перенос распределяемого вещества, обусловленный беспорядочным движением самих молекул. Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика, который был установлен немецким ученым А. Фиком в1855 году, согласно которому количества вещества , продиффундировавшего за время через элементарную поверхность (нормальную к направлению диффузии) пропорционально градиенту концентрации этого вещества:

или

D- коэффициент молекулярной диффузии[ м²/с].

Удельный поток вещества, переносимого молекулярной диффузией

через единицу поверхности (S=1) в единицу времени () равен

-удельное количество вещества или скорость молекулярной диффузии.

Физический смысл коэффициента диффузии- он показывает какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу

поверхности при градиенте концентрации, равном единице.

M-еще называют потоком вещества.

m-удельный поток вещества.

Знак минус в законе Фика указывает на то, что молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации

распределяемого компонента.

Коэффициент молекулярной диффузии (D) представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. Величина (D) не зависит от гидродинамических условий, в которых протекает процесс.

Значения коэффициента (D) являются функцией свойств распределяемого вещества, свойств среды, температуры и давления. Обычно величины (D) возрастают с увеличением температуры и понижением давления (для газов). В каждом конкретном случае значение (D) определяют по полуэмпирическим уравнениям с учетом температуры и давления.

Коэффициенты диффузии газа в среду другого газа имеют значения , при диффузии газа в жидкость они в10⁴ раза меньше и составляют 1 см²/сутки. Таким образом молекулярная диффузия является весьма медленным процессом, особенно в жидкостях.