8. Массоперенос с учётом наличия межфазных поверхностей
М
ы
рассмотрели пример массопереноса
вещества через поверхность раздела фаз
без учёта анизотропии давления вблизи
поверхности раздела фаз и влияния
градиентов поверхностного натяжения.
Чтобы учесть эти факторы,
необходимо ввести понятие -фазы.
Под -фазой
понимается неоднородная зона толщиной
h
между двумя соприкасающимися фазами,
внутри которой происходит изменение
локальных свойств, таких как плотность,
концентрация, тензор давления, вектор
поляризации и т.д. Наличие -фазы
подтверждено экспериментально с помощью
голографической интерферометрии. Схема
строения элемента физико-химической
системы на границе раздела фаз представлена
на рисунке.
Для каждой из фаз рассматриваемой системы были записаны законы сохранения [6] и на их основе получено выражение для диссипативной функции производства энтропии, анализ которой позволил выявить структуру движущей силы массоотдачи с учётом градиентов поверхностного натяжения:
движущая сила массоотдачи вещества к поверхности раздела фаз
(3.10)
движущая сила массоотдачи вещества от поверхности раздела фаз
(3.11)
Первый
член в выражениях (3.10), (3.11) представляет
собой разность химических потенциалов
Планка, которая обусловлена неравновесностью
составов фаз; второй – энтальпийную
составляющую, характеризующую тепловую
неравновесность фаз; третий – анизотропию
давления вблизи поверхности раздела
фаз, обусловленную влиянием поверхностных
сил. Разность давлений
возникает за счёт действия сил
Ван-дер-Ваальса, перекрытия граничных
слоёв, наличия двойного электрического
слоя. Между этой величиной и поверхностным
натяжением в жидкости
существует связь:
(3.12)
С
учётом (3.12) и при отсутствии тепловой
неравновесности
выражения (3.10), (3.11) преобразуются к виду:
Полученные выражения были проверены [6] на процессах ректификации, абсорбции, кристаллизации, экстракции для систем, в которых большую роль играют градиенты поверхностного натяжения.