ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конвективные массоперенос и диффузия. Гидродинамический и диффузионный пограничные слои. Сопоставление теории Нернста с теорией конвективной диффузии из "Равновесие и кинетика ионного обмена" В процессе ионного обмена раствор у поверхности ионита обедняется сорбируемым и обогащается десорбируемым ионом. Это могло бы привести к полной остановке процесса, если бы не процессы диффузии и конвекции, доставляющие к поверхности из объема раствора новые порции сорбируемого иона и отводящие десорбируемый ион в объем раствора. [c.273] Однако поскольку эти процессы имеют конечную скорость, то непосредственно у поверхности ионита может существовать слой раствора (условно называемый диффузионным слоем) с концентрациями исходных и конечных продуктов процесса, отличающимися от их концентрации в объеме раствора. [c.273] Перемещение вещества между поверхностью сорбента и объемом раствора через диффузионный слой, называется внешним массопереносом или внешним массообменом. Внешний массооб-мен — одна из стадий сложного гетерогенного процесса обмена ионов, и его скорость может существенно влиять на общую кинетику процесса, либо даже полностью ее определять. [c.273] В этих условиях для описания массопереноса через пленку могут быть применены все уравнения раздела VIII. 2. [c.274] В соответствии с уравнением (VIII. 6) распределение концентрации по плоскому слою (профиль концентраций) должно быть линейным величина удельного потока дается уравнением (VIII. 7). если принять I = Ь и К = . [c.274] Естественно, что эти формулы тождественны, если р и б рассматривать как эмпирические параметры. [c.274] Ранняя теория Нернста не строга, так как некоторые из ее постулатов являются чрезмерными упрощениями. Тем не менее, она до сих пор сохраняет свое значение, хотя и рассматривается как полуэмпирическая. В частности, излагаемые в последующих разделах теории внешнедиффузионной кинетики ионного обмена строятся на основных положениях теории Нернста, дополняемых некоторыми другими постулатами. [c.274] Постулат о неподвижности раствора в диффузионном слое отвергается гидродинамикой (см. раздел. Х.2). [c.274] Оценим справедливость постулата о квазистационарности переноса вещества через пленку. Этот процесс может считаться таковым лишь при условии, что за время установления стационарного состояния в пленке не может произойти существенного сдвига суммарного гетерогенного процесса, вызывающего заметное изменение условий на границах пленки. Согласно Смолухов-скому [112], время установления Стационарного состояния процесса диффузии тс б /D. По более точной оценке [5, 20] в случае плоского слоя т = 0,42 b /D. [c.274] Расчет показывает, что максимальная величина т имеет порядок нескольких секунд. При наличии же конвекции, установление стационарного состояния в пленке происходит еще быстрее. [c.274] Таким образом, для обычных на практике процессов обмена, заканчивающихся за несколько минут или даже за несколько часов, предположение о квазистационарности достаточно точно. [c.275] Предположение о плоской форме диффузионной пленки не является необходимым элементом теории Нернста. Кривизна пленки может быть учтена, (по крайней мере, для тел простой формы шара и цилиндра) с помощью применения формул (Vni. 18) и (VIII. 23) для потока через шаровой и цилиндрический слои. [c.275] Эмпирические коэффициенты р или б входят во все формулы и уравнения, получаемые с помощью уравнения (Х.1). Сами же эти величины обычно находят путем обратного расчета по экспериментальным кривым. В простейшем случае расчет проводят по рассчитываемой из эксперимента величине потока / с помощью уравнения (X. 1). [c.275] Постоянство рассчитанных значений р для разных точек кинетической кривой подтверждает справедливость лежащей в основе теории формулы (X. 1). [c.275] Как показывает практика, р и б существенно зависят от условий эксперимента формы зерен ионита, характера упаковки зерен в слой, скорости и режима движения потока раствора (ламинарного или турбулентного) . При увеличении скорости потока (скорости перемешивания раствора) р существенно увеличивается, а б уменьшается. [c.275] Строгое рассмотрение задачи о внешнем массообмене требует решения уравнений гидродинамики и диффузии для различных конкретных условий. Эта трудная задача осуществлена лишь в простейших случаях. [c.275] В обычных практических задачах прибегают к математической теории подобия, позволяющей без решения Дифференциальных уравнений оценить важнейшие параметры (безразмерные критерии), определяющие процесс, приближенно оценить влияние этих параметров для некоторого конкретного эксперимента и представить полученные результаты в виде полуэмпирической формулы, применимой к другим качественно аналогичным задачам. [c.275] Из теории подобия следует, что массоперенос в условиях вынужденной конвекции раствора определяется тремя безразмерными параметрами (критериями подобия). [c.276] Таким образом, величина Ки непосредственно связана с параметрами р или б. [c.276] Вернуться к основной статье