ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Молекулярная диффузия в двухфазной системе из "Основы жидкостной экстракции" Изучение кинетики экстракции в условиях молекулярной диффузии, как увидим ниже, является одним из наиболее корректных и информативных методов исследования реакций. Для мелких капель при наличии загрязнений поверхностно-активными веществами молекулярная диффузия в дисперсной фазе может стать основным способом массопереноса. [c.148] Поскольку определение градиентов химического потенциала в настоящее время является весьма сложной задачей, расчет потоков массы почти повсеместно производится в предположении, что движущей силой процесса диффузии является градиент концентраций. [c.149] Уравнение (П1.1) известно как первый закон Фика. Коэффициент Ол правильнее называть [24] коэффициентом взаимной диффузии, поскольку перемещение молекул растворенного вещества в бинарной смеси сопряжено со встречным движением молекул растворителя. Именно поэтому скорость переноса зависит от свойств обоих компонентов. Для растворов в настоящее время не существует точных методов расчета коэффициентов взаимодиф-фузии чаще их находят экспериментальным путем. [c.149] Первым законом Фика особенно удобно пользоваться при описании стационарных процессов переноса, когда скорость диффузии не изменяется во времени. [c.149] Здесь —оператор Лапласа. [c.149] При диффузии в гомогенной среде разбавленного раствора коэффициент Da—величина практически постоянная. В гетерогенной системе жидкость — жидкость даже в случае разбавленных растворов значение Da изменяется скачком при переходе из одной фазы в другую. Функция распределения концентрации в фазах Са(х) обычно также претерпевает разрыв в области границы раздела фаз, ибо концентрации по обе ее стороны лишь в частном случае оказываются равными. Однако эти разрывы являются только математически.ми абстракциями. В действительности физическая картина, несомненно, гораздо сложнее, так как граница раздела фаз не является геометрической плоскостью, а представляет слой определенной толщины [25, с. 13 26, с. 51]. [c.150] Строение этого слоя в настоящее время еще не выяснено до конца. Полагают [25], что его толщина сопоставима с размерами молекул, а все физические свойства при переходе из одной фазы в другую непрерывно изменяются. Тем не менее в расчетах толщиной этого слоя обычно пренебрегают. Это автоматически приводит к допущению, что равновесие на границе раздела фаз устанавливается мгновенно.-Заметим сразу, что это предположение для системы с физическим распределением при отсутствии барьеров адсорбции и десорбции неоднократно подтверждалось экспериментально даже при весьма малом времени контактиро-вани-ч фаз (до 10 с). [c.150] На рис, 1П,2 показано распределение концентраций С (рис. 111.2,а и б) и химического потенциала j,i (рис. П1.2,в) вдоль координаты диффузии вещества из фазы 1 в фазу 2, В отличие от функций С х), функция ц х) не претерпевает разрыва, но в общем случае должна иметь излом в точке х=0, поскольку коэффициенты диффузии в различных фазах обычно не равны. [c.150] Сказанное приводит к довольно общему и весьма простому методу решения задач нестационарной диффузионной кинетики, предложенному Франк-Каменецким и известному под названием квазистационарного метода [27]. При этом нестационарный перенос в фазах описывается так же, как и стационарный, т. е. [c.152] С помощью уравнений вида / = РДС,-, однако коэффициенты массоотдачи каждого компонента Р,- представляются в виде известных функций времени р,=1/Д/я/. [c.153] Сравнивая выражения (III.15) — (III.17), отмечаем еще одну особенность процессов диффузии в двухфазной системе в зависимости от коэффициента распределения, скорость переноса может превышать скорость диффузии в гомогенной среде и быть меньше ее. Превышение, однако, не может быть больше чем в два раза, в то время как замедление не имеет предела. [c.153] Наконец, нетрудно показать, что скорости экстракции и реэкстракции при одинаковой концентрационной движущей силе должны различаться в а раз. Это можно рассматривать как характерное проявление вентильных (запирающих) свойств границы раздела фаз. [c.153] Адсорбция и десорбция переносимого вещества не изменяет ни вида полученных выражений, ни сделанных выводов, если обмен молекулами между границей и прилегающими к ней слоями происходит быстро. В противном случае, как показано в ряде работ [28, 29], возникает дополнительное сопротивление массопередаче (не очень удачно именуемое поверхностным), замедляющее перенос вещества, причем особенно существенно — при малой продолжительности контактирования фаз. [c.153] Вернуться к основной статье