ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузия в многокомпонентных смесях из "Массопередача" Ранее было показано, что коэффициенты диффузии в бинарных смесях идеальных газов есть свойства рассматриваемой пары газов. В противоположность этому, коэффициент эффективной диффузии Ваш молекул А в многокомпонентной смеси зависит не только от природы и концентраций, но и от потоков других присутствующих в смеси веществ. Поэтому может существовать поток компонента А в направлении у, когда градиент йсл/йу является нулевым или даже положительным. И наоборот, поток может быть нулевым или отрицательным, когда йсА1(1у отрицателен. Можно, однако, связать коэффициент Оаш с потоками нескольких компонентов и с коэффициентами диффузии в бинарных системах где индексы I и / относятся к различным компонентам смеси. [c.76] Здесь D i — коэффициент диффузии для пары Л и / t/ — скорость диффузии Ст — P/RT —общая концентрация. [c.76] Практический интерес представляют такие принципиально важные ситуации, при которых 1) происходит равномолярная противодиффузия через пленку N=0) и 2) один из газов не диффундирует. Эти ситуации описаны Туром [61 ] для тройных смесей. Здесь же достаточно проиллюстрировать обсуждаемую проблему, рассмотрев лишь случай 2 для трехкомпонентной системы. [c.77] Уд1 и Ус1 на одной поверхности и 2, УВ2 и Ус2 —на другой. Желательно связать потоки N а и (Л с = 0) с концентрациями на границах слоя и со свойствами газа. [c.77] Поскольку выражения для определения Na и N в явной форме не получены, обычно необходимо решать уравнения (3.22) и (3.23) методом последовательных приближений или использовать один из методов, описанных ниже. Это относится не только к случаю трехкомпонентной смеси, когда один газ не диффундирует, но и к другим случаям применения уравнения (3.18). [c.77] Пример 3.2 Диффузия в трехкомпонентной газовой смеси. В конденсатор подается пар, состоящий из смеси аммиака, водяного пара и водорода под давлением 0,34 МПа. В некоторой точке конденсатора мольные доли этих трех компонентов составляют аммиака — 0,3, водяного пара — 0,4 и водорода — 0,3. Жидкость на поверхности конденсации в данной точке имеет температуру 93,3 °С и содержит 10 % (мол.) аммиака и 90 % (мол.) воды при пренебрежимо малом количестве водорода. Пользуясь моделью неподвижной пленки, при которой предполагается существование только молекулярной диффузии, определить скорость конденсации воды по отношению к скорости конденсации аммиака. [c.78] Предположим, что газ у поверхности жидкости находится в равновесии с жидкостью указанного состава. Водный раствор, содержащий 10 % (мол.) аммиака при 93,3 °С, имеет полное давление пара, равное 0,221 МПа равновесный пар (лишенный водорода) содержит 70 % (мол.) аммиака и 30 % (мол.) воды. Приближенные значения коэс ициентов бинарной диффузии при давлении 0,1 МПа (см. главу 2) составляют Dab = 0,294, Da = 1,14 и = 1.30 mV (Л — аммиак, В — вода, С — водород). [c.78] Эти уравнения можно решить методом последовательных приближений (положив вначале, что р = Мв/Мд и разделив одно уравнение на другое) и вычислить N lNA = 4,68. [c.79] Заметим, что конденсирующаяся смесь богаче аммиаком по сравнению с жидкостью, в которой мольное отношение воды к аммиаку равно 9. Таким образом, жидкость, проходящая рассматриваемую точку в конденсаторе, обогащается аммиаком. Отметим, кроме того, что газ у поверхности жидкости богаче и аммиаком и водородом, чем вся газовая смесь. Значения отрицательных концентрационных градиентов зависят от уо и диффузионных потоков. Обусловленные таким образом величины могут быть достигнуты только при определенном значении Nai/o которое можно рассчитать по приведенным выше двум уравнениям. Действительные скорости конденсации будут изменяться обратно пропорционально уо или прямо пропорционально коэффициенту массопередачи. [c.79] Никаких обобщений о сравнительных достоинствах приближенных процедур расчетов по результатам одного этого численного примера сделать нельзя. [c.79] Многокомпонентная диффузия в жидкостях. Справедливость уравнения (3.18) не вызывает особых сомнений в случае молекулярной диффузии в газах при низких или умеренных давлениях и известных значениях коэффициентов диффузии для бинарных смесей. Было найдено, что указанное соотношение подтверждается в пределах ошибок опытов для нескольких трехкомпонентных газовых систем [23, 33, 36, 22, 25]. [c.79] Коэффициенты диффузии, используемые в уравнениях вида (3.25) и (3.26), называются практическими коэффициентами , вероятно, потому, что они столь тесно связаны с соответствующими экспериментальными измерениями. Эти уравнения являются также практическими в том смысле, что в них поток выражен в явной форме, а не в неявной, как в уравнении (3.18). Поэтому их значительно легче применять при решении задач по диффузии, в которых используются уравнения сохранения, такие, как выражения (3.36) и (3.37). [c.80] Полученное выражение свидетельствует о том, что разность тем больше, чем больше мольная доля третьего компонента. [c.81] Вывод уравнения (3.30) [4, 32] вытекает из доказательства того, что уравнение Стефана—-Максвелла (3.18) и уравнения типа (3.27) для п-компонентных смесей эквивалентны по крайней мере для идеальных смесей. Следовательно, с одной стороны, можно интерпретировать измерения коэффициентов диффузии в системах из п компонентов с помощью уравнения (3.18), вычисляя значения п (п — 1)/2 независимых значений D для бинарных смесей, чтобы согласовать наблюдаемые потоки и градиенты с другой стороны, можно определить п (п — 1)/2 независимых значений практических коэффициентов D для тех же самых данных. [c.81] Вернуться к основной статье