3. Основной закон массоотдачи. Каков физический смысл коэффициента массоотдачи?

Массоотдача – перенос вещества в пределах одной фазы.

Поток вещества от поверхности раздела фаз или в обратном направлении определяется по закону Щукарева:

Количество вещества dG, переносимого в единицу времени dτ от поверхности раздела фаз или в обратном направлении, пропорционально этой поверхности dF и разности концентраций на поверхности раздела фаз и в окружающей среде ∆c.

Здесь β – коэффициент массоотдачи, м/с, который показывает, какое количество вещества проходит в единицу времени от единицы поверхности (или к единице поверхности) при разности концентраций, равной единице.

Механизм переноса вещества при массоотдаче можно проиллюстрировать следующим рисунком. На нем:

1 – ядро турбулентного потока, в котором происходит интенсивное перемешивание, благодаря чему концентрация распределяемого компонента близка к постоянной в различных точках;

2 – затухающий турбулентный слой, в нем интенсивность перемешивания заметно ослабевает, и молекулярная диффузия уже имеет определенное значение;

3 - вязкий подслой, в котором уже преобладает перенос вещества путем молекулярной диффузии;

4 – диффузионный слой, в котором перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии.

4. Основные критерии диффузионного подобия и их физический смысл. Использование критериальных уравнений конвективной диффузии в расчетной практике.

Основным практическим приложением дифференциального уравнения на поверхности контакта фаз и закона Фика является получение основных критериев диффузионного подобия. Так, из дифференциального уравнения массообмена на границе раздела фаз , которое характеризует равенство потоков массы, перенесенных путем конвекции и путем молекулярной диффузии через пограничный слой можно вывести определяемый диффузионным критерием Нуссельта.

Диффузионный критерий Нуссельта характеризует подобие условий переноса массы на границе раздела фаз. Он выражает соотношение количеств вещества, перенесенных путем конвективной диффузии и молекулярной диффузии.

Диффузионный критерий Фурье характеризует нестационарность процесса массоотдачи, т.е. является критерием временного подобия.

Диффузионный критерий Пекле характеризует соотношение массы вещества, перенесенной путем конвекции, к массе вещества, перенесенной путем молекулярной диффузии, в ядре потока.

Диффузионный критерий Прандтля характеризует соотношение между молекулярным переносом количества движения и молекулярным переносом количества вещества в потоке жидкости.

Общая критериальная зависимость для конвективной массоотдачи запишется в виде

Запишем это обобщенное критериальное уравнение относительно определяемого диффузионного критерия Нуссельта:

На практике это уравнение используется в виде степенной зависимости. Так, например, для установившегося процесса массотдачи при отсутствии влияния силы тяжести уравнение будет иметь вид . При решении задач из подобных уравнений определяют коэффициенты массоотдачи, которые позволяют в дальнейшем определить поверхность массопередачи.