ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Простая молекулярная модель диффузии в смеси газов из "Массопередача" Элементарные представления классической кинетической теории дают основу для разработки приближенной теории диффузии в смесях идеальных газов. На рис. 2.1 изображен элемент объема смеси, в которой концентрационный градиент существует в направлении оси у. Предполагается, что этот градиент не изменяется во времени. Диффузия происходит в направлении по нормали к плоскости RR, площадь поперечного сечения которой составляет 5 ск . На этой плоскости концентрация молекул А составляет молекул/см , а градиент концентрации равен с1па/ 1у. Общее давление поддерживается постоянным, поэтому и общая концентрация молекул постоянна. [c.22] Значение константы находят из классической кинетической теории, где поперечное сечение молекул принимается равным поперечному сечению сферы. Как будет показано в разделе 2.5, современная кинетическая теория приводит к более сложной форме уравнения (2.6), которое полезно при расчете значений коэффициентов диффузии. [c.24] Изложение процессов диффузии и массопередачи, которое приводится ниже, основано на выборе плоскости с нулевым результирующим объемным переносом в качестве плоскости отсчета, необходимой для уточнения выражения для потока и определения Оаш- Уравнения диффузии относительно других опорных плоскостей рассматриваются в работах Гартли [43] и Берда [11, 12]. [c.24] Последних выражении, очевидно, становится одинаковым, если молярная плотность Сщ не зависит от у, как в уравнении (2.4) для бинарной смеси идеальных газов при постоянных температуре и давлении. [c.26] Первое из двух приведенных выше уравнений в некоторых случаях явно неверно. Например, в воздухе при давлении 0,1 МПа существует градиент концентрации кислорода в непосредственной близости от горячего радиатора, поскольку плотность воздуха изменяется с температурой. И все же градиента мольной доли не наблюдается, отсутствует и диффузия, за исключением обычного термодиффузионного потока. Уравнение (2.7) указывает на существование конечного диффузионного потока, а уравнение (2.8) его не дает. [c.26] В системе, находящейся в равновесии, диффузии не происходит, и диффузионные потоки возрастают по мере увеличения отклонения системы от равновесия, т. е. с возникновением и развитием областей с разными химическими потенциалами. В изотермической системе вблизи равновесия можно считать, что небольшой диффузионный поток будет пропорционален градиенту химического потенциала. Коэффициент диффузии в наиболее общем виде можно в таком случае рассматривать как отношение диффузионного потока к отрицательному значению градиента химического потенциала. [c.26] Уравнение (2.8) может быть получено из точной кинетической теории смесей идеальных газов, в которых имеются температурный и концентрационный градиенты, но нет термодиффузии. Оно также вытекает из термодинамики необратимых процессов и принципа Онзагера, Весьма сложный вывод приводится Гирш-фельдером, Кертиссом и Бердом [47] (см. также работу [26]). [c.26] С точки зрения практики желательно использовать способ определения Dab который не зависит от концентрации. Ни тот, ни другой вид зависимости этого не обеспечивают. Однако если используется градиент химического потенциала, теория предсказывает поправочный член, обусловленный активностью, который частично описывает изменение Dab е изменением концентрации (см. разделы 2.4 и 2.6). Эта поправка существенна для жидкостных систем, но не для газов. [c.26] Известно лишь несколько попыток проверить относительные достоинства применения концентрации и активности как потенциалов путем сравнения с опытными данными. В одной из таких работ Фаллат [32] сублимировал нафталин в воздух и гелий при давлении 0,1 и 3,8 МПа в проточной системе. В этом случае значительно лучшая корреляция данных с параметрами потока достигалась при использовании концентрации, а не активности (см. также работу [46]). В газовых системах при высоком давлении большие изменения Dab с изменением давления не объясняются поправочным членом, учитывающим активность, и значение найденное с поправкой, изменяется в широких пределах с изменением концентрации в большинстве жидких систем. [c.26] Почти все опубликованные значения Dab при интерпретации опытных данных основываются на уравнении (2.7) или эквивалентных ему. Для технических расчетов почти всегда приемлемо уравнение (2.7) вместе с поправкой на активность для частичного учета изменения Dab с концентрацией. В последующих главах будет использована именно эта методика расчета. [c.26] Вернуться к основной статье