Диффузия в капиллярно-пористых материалах

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]

Существенно, что приведенные решения справедливы только в тех случаях, когда коэффициент диффузии не зависит ни от координат, ни от локального значения искомой функции. Когда же Оэ нельзя считать постоянным ввиду его зависимости от переменной структуры капиллярно-пористого материала и от величины непрерывно изменяющейся концентрации целевого компонента в каждой точке тела, а также для тел неправильной геометрической формы аналитические методы решения диффузионных задач становятся практически невозможными. В этих случаях единственным методом анализа нестационарных полей концентрации оказываются численные расчеты, как правило, с использованием современной вычислительной техники. [c.57]

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]

Другой полимерный материал — целлулоид — относится ко второй подгруппе класса коллоидных капиллярно-пористых материалов, для которой характерна аномальная диффузия. Данные сорбционных измерений показывают, что целлулоид поглощает пар этилового спирта в количестве, существенно превышающем пористость материала, т. е. поглощение пара происходит как порами, так и матрицей полимера. Кривые распределения массовых долей этилового спирта по толщине пластины из целлулоида имеют обычный для таких распределений вид, необычным для них является медленное понижение поверхностной концентрации этилового спирта в образце в течение всего времени сушки, что не характерно для процесса, контролируемого внутренней диффузией. [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]

Существенно, что коэффициент эффективной диффузии Оэ зависит не только от физико-химических свойств перемещающейся среды, температуры и общего давления, но в значительной степени и от капиллярно-пористой структуры материала, что следует из зависимости больщинства элементарных видов переноса вещества от размеров капилляров. [c.50]

Существуют два основных метода определения коэффициента Оэ для капиллярно-пористых материалов. Первый состоит в создании стационарного диффузионного потока целевого компонента при постоянных значениях концентрации компонента на внешних поверхностях исследуемого капиллярно-пористого образца. Для образца материала плоской формы в случае стационарного потока компонента дифференциальное уравнение диффузии упрощается д С йу — Решение такого уравнения при граничных условиях первого рода С л =о = С1 и С х=Ь = 2, где Ь — поперечный размер образца в направлении х потока целевого компонента, имеет очевидную линейную форму С (х) = = С — С — 2)x L, что после дифференцирования дает выражение для потока диффундирующего компонента = = Оз(С,-С2)/1. [c.57]

Проникновение жидкостей и газов через лакокрасочные покрытия к подложке осуществляется в результате 1) капиллярного течения и 2) диффузии. Капиллярное течение свойственно покрытиям с механической пористостью, т. е. имеющим капилляры, поры, микротрещины и т. д. Степень капиллярной пористости зависит от метода нанесения лакокрасочного материала, его способности смачивать поверхность, характера подложки (ее рельефа). Получить беспористое (сплощное) покрытие на ровной поверхности стекла значительно легче, чем, например, на поверхности древесины. При нанесении красок методом электроосаждения, как правило, получаются более сплошные покрытия, чем при пневмораспылении. [c.117]

Проникновение жидкостей и газов через лакокрасочные по крытия к подложке осуществляется в результате 1) капиллярного течения и 2) диффузии. Капиллярное течение свойственно покрытиям с механической пористостью, т. е. имеющим капилляры, поры, микротрещины и т. д. Степень капиллярной пористости зависит от метода нанесения лакокрасочного материала, его способности смачивать поверхность, характера подложки (ее рельефа). Получить беспористое (сплошное) покрытие на ровной [c.111]

В большинстве относительно простых случаев все поры материала в начале процесса заполнены твердым целевым компонентом. При ином варианте растворимые включения не заполняют всей пористой структуры, и тогда в начальный момент контакта с жидким растворителем устья свободных пор, содержащие, как правило, воздух, будут заполняться жидкой фазой под действием капиллярного давления. Контакт растворителя и целевого компонента достигается за счет растворения защемленного воздуха в жидком растворителе и его последующей диффузии к устьям пор. Оценки [3] показывают, что для мелких капилляров (г С 10 м) время пропитки пористых частиц, растворителем обычно пренебрежимо мало по сравнению с временем извлечения целевого компонента, но для крупных капилляров пропитка может происходить в течение всего процесса экстрагирования. Анализ параллельно протекающих процессов пропитки и экстрагирования растворимой твердой фазы оказывается чрезвычайно сложным, и поэтому здесь в дальнейшем полагается, что временем собственно пропитки пористых частиц можно пренебречь. [c.117]

Внутренний механизм потока жидкости. Механизмов внутреннего потока жидкости при высушивании может быть несколько, в зависимости от структуры твердого материала. Вот некоторые из этих механизмов I) диффузия в непрерывном гомогенном твердом теле, 2) капиллярный поток в зернистых и пористых твердых материалах 3) поток, вызванный градиентами уменьшения объема и давления, 4) поток, вызванный силой тяжести, и 5) поток, вызванный последовательной сменой процессов испарения — конденсации. [c.501]

При открытой пористости проникновение агрессивной среды в пленку и поступление ее к поверхности металла осуществляется через поры покрытия за счет как капиллярной конденсации, так и капиллярного течения. Этот механизм, в частности, характерен для атмосферостойких покрытий. При плотной однородной структуре пленки поступление агрессивного агента к подложке происходит по механизму активированной диффузии в материал покрытия и частичного растворения в нем этого агента. При контакте лакокрасочного покрытия с водой и растворами электролитов происходит диффузия жидкости через поры пленки и адсорбция влаги молекулами пленкообразующего. [c.12]

При анализе процессов сушки существенно иметь в виду, что скорость массообмена, в результате которого влага из капиллярно-пористого материала в конечном счете оказывается перенесенной в поток сушильного агента, зависит от двух основных сопротивлений процессу переноса массы от сопротивления внутреннему переносу влаги, оказываемого капиллярно-пористой структурой материала, и от внешнего диффузионного сопротивления, которое оказывает пограничный слой сушильного агента, существующий у наружной поверхности материала. Эти два сопротивления преодолеваются удаляемой из материала влагой последовательно, т. е. в процессе сушки влага вначале проходит из глубинных зон материала через его пористую структуру к наружной поверхности, а затем пары влаги за счет диффузии поперек пограйичного слоя должны пройти от наружной поверхности сушимого материала в основной поток сушильного агента. [c.571]

Применение в качестве сушильного агента перегретого водянохс пара вносит ряд особенностей в сушку ПВХ. При конвективной сушкс дисперсный материал быстро нагревается до температуры мокрогс термометра, которая в случае паровой среды при атмосферном давлении равна 100 °С, т.е. температуре кипения. Как показывают опыты, этот период занимает большую часть (90 - 95%) общего баланса времени сушки [38]. При сушке ПВХ в зтих условиях полимер находится в высокоэластическом состоянии, так как Г(. = 80 °С. Под действием давления паров, образующихся при кипении внутренней влаги, скелет капиллярно-пористого тела благодаря своей эластичности будет растягиваться, расширяя проходное сечение пор и капилляров. При этом создаются условия для постоянной релаксации давления и поддержания постоянной температуры частицы ПВХ. В этом случае сопротивление диффузии существенно снижается (величина критерия Лыкова достаточно велика) и устанавливается эквивалентный тепло- и массообмен, когда количество испаряемой из частицы влаги точно эквивалентно подведенному к материалу количеству тепла. Таким образом, задача массопереноса сводится к чисто теплообменной, т.е. классической задаче нагрева сферы. [c.114]

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]

Сущность послойной отработки капиллярно-пористых материалов можно пояснить на примере извлечения целевого ком-понета, заполняющего весь внутренний объем пор в виде твердого растворимого вещества [12]. Жидкий растворитель, постепенно проникая в освобождающиеся поры, растворяет твердое вещество. При изотропной пористой структуре материала и равномерном начальном заполнении пор растворяемым веществом будет происходить продвижение границы растворения в глубь тела (рис. 1.10). Растворяемый целевой компонент отводится от фронта растворения диффузией вследствие возникающего градиента концентрации поперек того слоя внутри материала, в котором уже произошло растворение вещества (отработанный слой). Существенно, что при таком режиме по- [c.60]

Глубинные загрязнения образуются в результате диффузии, проникновения в поры и неровности поверхности, а также в результате проникновения радиоактивных веществ в капиллярно-пористые дисперсные системы и материалы (грунт, песок, кирпич и т. д.). В процессе диффузии происходит самопроизвольное распространеьгае радиоактивных веществ в виде ионов, молекул и коллоидных частиц из области большей концентрации с поверхности объекта в область меньшей концентращш в глубь материала объекта. Численно массу М диффундирующих радиоактивных веществ можно представить в виде дифференциального уравнения [c.185]

Перенос жидкости, как известно, происходит путем диффузии, капиллярного впитывания и фильтрации в пористой среде, вызванной градиентом гидростатического давления. Последний вид переноса при кондуктнв-ной сушке крупнопористых тел может иметь место, когда жидкость под влиянием сил тяжести перемещается по крупным порам в сторону греющей поверхности (материал сверху греющей поверхности) или к открь той поверхности (греющая поверхность сверху). [c.105]

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]

Жидкофазовое спекание гранул. Пористая гранула обжигаемого материала, образовавшаяся в результате твердофазового спекания, при появлении жидкой фазы испытывает сильную усадку. В процессе уплотнения гранул в присутствии расплава различают три стадии 1) перегруппировка мелких частиц в результате их пластического течения совместно с жидкостью 2) заполнение пор в результате протекания реакций минералообразования по механизму растворение —осаждение 3) процессы рекристаллизации, которые могут протекать и без участия расплава . Основной вклад в усадку гранул вносит процесс пластической перегруппировки частиц. Он протекает в результате смачивания частиц жидкой фазой, приводящего к развитию капиллярных сил, оттягивающих частицы, и под воздействием сил, обусловленных поверхностным натяжением расплава. Скорость роста контакта между срастающимися частицами, реагирующими с жидкой фазой (и соответственно скорость усадки), по данным ряда исследователей, прямо пропорциональна поверхностному натяжению расплава, коэффициентам диффузии ионов в расплаве и времени обжига и обратно пропорциональна радиусу частиц и температурё. С увеличением размера частиц их спекание замедляется. [c.202]

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]