ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные законы массопередачи из "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии Издание третье" В процессах переноса распределяемого вещества (массы) из одной фазы в другую надлежит различать два случая 1) перенос из потока жидкости в поток жидкости, или массообмен между потоками жидкости 2) перенос из твердого тела в поток жидкости (или перенос в обратном направлении), т. е. массообмен между твердой фазой, содержащей внутри пор или капилляров распределяемое вещество, и потоком жидкости. [c.242] Элементарными законами, которым подчиняется перенос распределяемого вещества из одной фазы в другую, являются закон молекулярной диффузии, закон массоотдачи и закон мас-сопроводности. [c.242] Из уравнения (11.47) следует коэффициент диффузии показывает, какое количество вещества диффундирует через поверхность 1 в течение 1 с при разности концентраций на расстоянии 1 м, равной единице. [c.243] Знак минус в правой части уравнения показывает, что при молекулярной диффузии в направлении перемещения вещества концентрация убывает. [c.243] Очевидно, что способ выражения концентрации и ее размерность определяют размерность коэффициента диффузии. [c.243] Опытные данные и приведенные формулы показывают, что коэффициент диффузии зависит прежде всего от агрегатного состояния систем так, коэффициент диффузии для газов примерно на четыре порядка выше, чем для жидкостей. Коэффициент диффузии увеличивается с ростом температуры и уменьшается с повышением давления. [c.243] Дифференциальное уравнение молекулярной диффузии (второй закон Фика). Для вывода дифференциального уравнения молекулярной диффузии выделим в неподвижной среде или в движущемся ламинарном потоке элементарный параллелепипед с ребрами йх, с1у и йг (рис. 11.10). [c.244] С другой стороны, тот же прирост количества диффундирующего вещества в элементе можно найти умножением объема элемента на изменение концентрации за время йх, т. е. [c.245] Закон массоотдачи (закон Щукарева). Основной закон массо-отдачи, или конвективной диффузии, был впервые сформулирован Щукаревым при изучении кинетики растворения твердых тел. Нелишне заметить, что этот закон является, в определенной мере, аналогом закона охлаждения твердого тела, сформулированного Ньютоном (как законы Фика являются аналогами законов теплопроводности, сформулированных Фурье). [c.245] При ЭТОМ важно отметить, что концентрация на границе Ст рассматривается как равновесная концентрация. [c.246] Коэффициент массоотдачи показывает, какое количество вещества передается от поверхности раздела фаз в воспринимающую фазу через 1 м поверхности фазового контакта в течение 1 с при разности концентраций, равной единице. [c.246] Для установившегося процесса коэффициент массоотдачи и концентрации сохраняют постоянное значение в рассматриваемом объеме. В этом случае в уравнении (11.54) исключается время т, а йМ выражает количество вещества, перенесенное от поверхности раздела фаз в воспринимающую фазу в единицу времени, т. е. [c.246] При наличии конвективной диффузии концентрация распределяемого вещества в элементарном объеме фазы (см. рис. 11.10) изменяется не только вследствие молекулярной диффузии, но также и в результате механического переноса его из зоны одной концентрации в другую. В этом случае концентрация распределяемого вещества будет функцией не только координат X, у, 2 и времени т (как в случае только молекулярной диффузии), но и составляющих скорости перемещения элемента Шд , Wy, Шг. [c.247] Левая часть этого уравнения представляет собой локальное изменение концентрации распределяемого вещества в неподвижном элементе, выделенном в среде [см. вывод уравнения, (11.53)]. [c.247] Очевидно, что величина йМ в последнем уравнении и в уравнении (11.59) представляет собой одно и то же количество-вещества, выраженное различными способами. Следовательно,. [c.248] Уравнение (11.60) характеризует условия на границе рассматриваемой фазы. Уравнение (11.58) ред.ко поддается решению, поэтому для описания массоотдачи обычно пользуются уравнениями подобия, полученными из уравнений (11.58) и (11.60). Коэффициенты этих уравнений подобия находят опытным путем. [c.248] Для получения диффузионных чисел подобия преобразуем уравнения (11.58) и (11.60) методами теории подобия. Из уравнения (11.60) делением обеих частей уравнения на правую часть получим безразмерный комплекс Ьйх/ОдС. [c.248] Диффузионное число Род характеризует изменение потока диффундирующей массы во времени он необходим только для характеристики нестационарных процессов диффузии. [c.249] Конкретные формы функциональной зависимости приводятся в последующих главах применительно к различным диффузионным процессам. [c.250] Выражение коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи. Рассмотрим теперь с учетом понятий о коэффициенте массоотдачи процесс массопередачи при переходе распределяемого вещества из фазы О в фазу Ь при условии линейных зависимостей между рабочими и равновесными концентрациями. Рабочая и равновесная линии для такого процесса массопередачи показаны на рис. 11.12. [c.250] Вернуться к основной статье