Молекулярная диффузия в пористых материалах

Если высушиваемый материал — это пористое тело с капиллярами радиусом г 0,1 нм, то перенос влаги в нем подчиняется законам молекулярной диффузии, при меньших размерах капилляров (г <0,1 нм) закономерности переноса определяются режимом течения, при котором преимущественным является соударение молекул со стенками капилляров, а не между собой, как при обычной диффузии. Молекулы жидкости, ударяясь о стенки пор, как бы поглощаются ими и затем вновь испаряются. При очень малых капиллярах (порах), соизмеримых по размерам с молекулами влаги, механизм диффузии меняется в этом случае [c.145]

Диффузия при экстрагировании. При экстрагировании из капиллярно-пористого материала миграция распределяемого вещества в твердой фазе обычно осуществляется посредством молекулярной диффузии. Плотность диффузионного потока в материале, отнесенную к единице его поверхности, описывают уравнением Фика с использованием эффективного коэффициента диффузии (коэффициента массопроводности) [8] [c.536]

Влияние пористой структуры материала на эффективный коэффициент диффузии проявляется в следующей последовательности 1) удлиняется путь диффузионного потока вследствие извилистости капилляров 2) элементы скелета твердого тела уменьшают свободное сечение потока 3) потенциальное поле стенок пор воздействует на прилегающие слои жидкости, что в ряде случаев приводит к образованию граничной фазы и адсорбционного слоя молекул извлекаемого вещества. В последнем случае перенос извлекаемого вещества в капиллярно-пористом материале происходит в основном за счет молекулярной диффузии в объеме пор, а поверхностной диффузией в слое зачастую можно пренебречь. [c.536]

Кинетические исследования и результаты математического моделирования показывают, что диффузия воды в гранулах полистирола при сушке в интервале температур 30-80 °С подчиняется закону молекулярной диффузии Фика, т. е. данный материал относится к первой подгруппе класса коллоидных капиллярно-пористых материалов. Возникновение в полистироле некоторого количества пор объясняется значительным локальным уменьшением объема кристаллических областей при охлаждении расплава. [c.537]

Проникновение газа, пара или жидкости через мембрану осуществляется в зависимости от ее структуры. Если материал обладает капиллярно-пористой структурой, перенос вещества в нем обусловлен явлениями, происходящими в порах если же он в предельном случае является непористым, распределяемое вещество мигрирует путем молекулярной диффузии [16-18]. [c.538]

Ограничиваясь рассмотрением реакции первого порядка, можно написать следующее дифференциальное уравнение молекулярной диффузии совместно с химической реакцией, протекающей в объеме пористого материала [c.115]

В некоторых случаях целевой компонент может находиться внутри пористой структуры какого-либо инертного материала в состоянии раствора, заполняющего поры материала. При контакте такого материала с жидким растворителем (экстрагентом) целевой компонент перемещается в жидкой фазе исходного растворителя в направлении к наружной поверхности частицы. Диаметр пор инертного материала обычно настолько мал, что раствор в порах практически неподвижен, и, следовательно, извлекаемое растворенное вещество переносится из внутренних зон материала к его наружной поверхности только за счет механизма молекулярной диффузии Фика (уравнение (5.5)). [c.487]

В процессе, идущем на пористом катализаторе, наряду с диффузионным сопротивлением переносу реагентов внутрь зерна могут возникнуть и затруднения с отводом тепла реакции. Перенос тепла в зерне идет по двум механизмам 1) за счет теплопроводности твердой пористой частицы и 2) вследствие молекулярной диффузии в порах. Суммарное действие обоих механизмов описывается эффективным коэффициентом теплопроводности X. Если материал пористого зерна хорошо проводит тепло, частица катализатора при всех условиях остается изотермической. В случае же малой теплопроводности катализатора механизм тепло- и массопереноса в зерне один и тот же, и надо ожидать одновременного появления градиентов концентраций и температур в частице по мере перехода реакции во внутридиффузионную область. [c.143]

Чтобы определить скорость реакции при растворении или скорость внутренней (молекулярной) диффузии при экстрагировании, необходимо по экспериментальным значениям объема пор и величины их удельной поверхности выбрать подходящую модель пористой структуры данного твердого материала. [c.7]

Некоторые задачи диффузионного извлечения достаточно точно решаются с помощью закона Фика при использовании метода пространственного осреднения. Этот метод позволяет учесть структурные характеристики пористого материала введением эффективного коэффициента диффузии Dg вместо молекулярного D. Макроскопическая форма закона Фика получила широкое распространение, однако не всегда учитываются пределы ее применимости. Оценка применимости закона Фика для описания диффузионного переноса в пористых средах с помощью измеримых переменных макроскопического поля предпринималась многими исследователями (см., например, [23]). Как известно, технические и математические трудности возникали при необходимости учета процессов переноса на межфазных поверхностях произвольной геометрической формы. Коэффициент (или вектор) извилистости (см. стр. 89), учитывающий неравноценность отдельных пор (или групп пор) для переноса целевого компонента, до сих пор не удавалось связать с макроскопическими (измеряемыми) характеристиками процесса. [c.100]

Если линейный размер структурных элементов пористого тела настолько мал, что становится сопоставимым с длиной свободного пробега молекул (например, при кнудсеновской диффузии молекул газа в порах катализатора), то целесообразно применение так называемой модели пылевидного газа [55, 56], представляющей элементы твердого скелета пористого тела в виде тяжелых неподвижных макромолекул, способных рассеивать, адсорбировать и десорбировать молекулы газовой смеси. Иными словами, твердое вещество пористого материала формально рассматривается как равноправный компонент газовой смеси (пылевидный компонент) со своей концентрацией, молекулярной массой, парциальным давлением и т. п. Газовую смесь вместе с пылевидным компонентом называют псевдогазовой. В рамках модели пылевидного газа в принципе удается преодолеть основные трудности квази- [c.141]

Диффузия при сушке. При сущке движение влаги в капиллярно-пористом материале происходит как в виде жидкости, так и в виде пара. Миграция жидкости может осуществляться за счет массопереноса под действием разности капиллярных потенциалов, пленочного течения, обусловленного градиентом расклинивающего давления пленки, поверхностной диффузии в микропо-рах г < 10 м) и переходных порах (г = 10" + 10" м), термокапиллярного течения жидкости во всем объеме поры, термокапиллярного пленочного движения вдоль стенок пор, фильтрационного переноса жидкости под действием градиента общего давления в материале и т. д. Движение пара происходит за счет молекулярной диффузии пара, кнудсеновской диффузии, стефанов-ского потока, термодиффузии пара, теплового скольжения в микро- и макропорах г > 10 м), циркуляции парогазовой смеси в порах, конвективно-фильтрационного переноса под действием градиента общего давления, бародиффузии (молекулярного переноса компонента с большей массой в область повышенного давления) и т. д. [5]. При большом влагосодержании материала преобладает капиллярный поток, с уменьшением влагосодержания материала возрастает вклад парового и пленочного потоков, а также поверхностной диффузии. [c.534]

Для движения потока в изотропной однородной пористой среде (в условиях капиллярной-модели) характерна пропорциональность коэффициента конвективной диффузии средней скорости потока. Известно, что поток жидкости (или газа), двигаясь в системе взаимно связанных капилляров (в насыпанном слое мелкозернистого твердого материала), интенсивно перемешивается. Таким образом, скорость потока изменяется случайным образом, в зависимости от, геометрических и гидравлических парайетров пористой среды. При введении в поток индикатора, не влияющего на свойства жидкости (газа) и режим ее движения, можно установить связь между концентрацией индикатора и локальной скоростью его частиц. Эта-связь будет характеризоваться законом диффузии в турбулентном потоке [24, 25]. Причем следует отметить, что процесс переноса динамически нейтральной примеси не зависит от коэффициента молекулярной диффузии, который обычно мал по сравнению с коэффициентом конвективной диффузии. Другими словами, коэффициент конвективной диффузии определяется такими осредненными параметрами, как скорость потока, ее вязкость и гидравлический, радиус (или другой определяющий линейный размер пористой среды). В качестве структурного параметра можно также использбвать порозность или коэффициент проницаемости с учетом коэффициента формы частиц или пор. [c.39]

Скорость диффузии растворенного материала в инертную незаряжен ную трехмерную структуру зависит как от размера пор этой структуры, так и от размеров молекул диффундирующего вещества. Это явление служит основой для проявления эффекта молекулярных сит [1], который изменяется в тех случаях, когда материал сита содержит ионные группы, как в ионообменных смолах, или при взаимодействии диффундирующего вещества с ситом за счет адсорбции или комплексообразования. С практической точки зрения желательно, чтобы сито имело либо форму мембраны, что используется при проведении диализа (стр. 299) и не будет здесь рассматриваться, либо форму колонки из дискретных частиц. Наиболее удобным материалом для этого последнего применения является сефадекс — поперечно сшитый декстран разной степени пористости. Методика разделения аналогична методике хроматографирования на колонках и называется гель-фильтрацией [2] (см. стр. 273). [c.280]

Следовательно, глубина проникания вещества в пористый химически активный для пего материал определяется отношением скорости его молекулярной диффузии к H TIIIIH01I скорости химической реакции Up, по [c.76]

Для капиллярно-пористых материалов коэффициент эффек тивной диффузии материала / м можно рассчитать, если известен коэффициент молекулярной диффузии в растворе и ряд характеристик пористой структуры материала общая пористость 8м, коэффициент извилистости пор Гм и коэффициент формы пор ц,м. Как полагают авторы [21], существуют функциональные зависимости 7 м=/(е л) и Лм = ф(ем). Поэтому число определяемых параметров можно уменьшить, установив для исследуемого материала корреляцию между общей порозностью едя и коэффициентом Гм и р,м- При этом зависимость для приведенного коэффициента диффузии материала приводится к общему виду [c.104]