Диффузионный поток и движущие силы диффузии

Связные диаграммы совмещенных физико-химических явлений (химические реакции и диффузия в неподвижной среде). Напомним, что в терминах энергетических переменных движущей силой диффузии является не градиент концентрации, а градиент химического потенциала. Для примера рассмотрим случай простой реакции А г В, протекающей в идеальном растворе при наличии одномерной ди( к )узии компонентов в направлении оси ох. Диффузионный поток каждого компонента определяется законом Фика [c.131]

При осаждении частиц ультрамикрогетерогенных систем создается градиент концентраций, который является движущей силой диффузии частиц в направлении, обратном седиментации. При равенстве диффузионного и седиментационного потоков устанавливается так называемое диффузионно-седиментационное равновесие, характеризующее термодинамическую седиментационную устойчивость таких систем. Частичная концентрация на высоте к равна [c.77]

Рассмотрим монокристаллический слиток твердого раствора А-В. Пусть концентрации А и В изменяются в направлении оси X, а в плоскостях, перпендикулярных этой оси, изменений концентрации нет. Таким образом, диффузия может происходить только в направлении оси X. Для разбавленного твердого раствора изменение свободной энергии кристалла, сопровождающее диффузионный процесс, обусловлено почти полностью ее энтропийной долей, которая является выражением вероятности определенного распределения концентрации. Поэтому диффузия является концентрационно зависимой . Пользуясь соответствующими значениями энтропии для различных распределений концентрации, можно получить аналогичные результаты для любых диффузионных процессов. В этом простейшем случае движущей силой диффузии является разность концентраций компонентов в разных точках кристалла. При постоянной температуре концентрация зависит от места и времени С=с х, t). Проведем через произвольную точку X сечение, перпендикулярное оси X (рис. 7.1), и определим плотность потока вещества, проходящего через это сечение. Значение вектора плотности потока /а равно числу единиц массы, диффундирующих в единицу времени через единицу поверхности рассматриваемого сечения /а выражается Б моль сж-2 сект. Тогда, как показывает опыт, плотность потока вещества определяется первым законом Фика [c.360]

Диффузионный поток и движущие силы диффузии [c.223]

В общем случае процесс массообмена совершается в три последовательных этапа диффузия переходящего вещества в объеме одной фазы по направлению к межфазной поверхности, переход через последнюю и диффузия в объеме второй фазы. Подобно теплообмену массообмен характеризуется количеством вещества М, переходящего из одной фазы в другую (диффузионный поток) за время т, пропорционально движущей силе процесса А и площади межфазной поверхности Р. Величины М, Р и х связаны между собой коэффициентом пропорциональности К, носящим название коэффициента массопередачи [c.422]

Диффузия реагентов, таким образом, играет важную роль в гетерогенных процессах. Диффузия — движение частиц среды. (молекул, атомов, ионов, коллоидных частиц и т. п.), приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций (вернее, активностей) частиц данного сорта в рассматриваемой системе. Тем самым движущей силой диффузии служит разность активностей компонентов системы в разных ее частях. В результате гетерогенной реакции, протекающей в некотором месте реакционной среды, активности исходных компонентов-реагентов здесь уменьшаются, чем и вызывается направленный поток вещества в зону реакции. Одновременно происходит противоположный процесс удаления продуктов реакции из зоны взаимодействия. Оба эти потока осуществляются диффузионным путем. [c.227]

Для диффузионных потоков, а также для кинетических явлений другой природы (тепловых, электрических и т. п.) в широком диапазоне экспериментальных условий хорошо оправдывается на опыте принятие простейшего вида связи между потоком и движущей силой. В старых теориях движущей силой диффузии считался градиент концентрации, т. е. выражение для потока записывалось в виде [c.223]

Этот факт получил объяснение в работах Крылова [49, 50]. Границы применимости пенетрационной модели рассматривались в работах [51—53]. Очевидно, что пенетрационная модель справедлива только в тех случаях, когда время контакта фаз мало по сравнению с характерным временем релаксации диффузионного процесса, т. е. с временем установления стационарного диффузионного потока при данном значении движущей силы процесса. Наличие химической реакции в объеме сплошной фазы существенно сказывается не только на скорости массопередачи, но и на времени релаксации процесса. Крылов [50] решил задачу о нестационарной диффузии в системе с химической реакцией в рамках приближения диффузионного пограничного слоя и установил границы применимости пенетрационной модели для решения подобных задач. Было показано, что для [c.233]

Испарение влаги с поверхности материала. Этот процесс происходит главным образом вследствие диффузии пара через пограничный слой воздуха у поверхности материала (внешняя диффузия). Таким путем осуществляется перенос до 90% всей влаги он обусловливается движущей силой — разностью концентраций или разностью парциальных давлений пара у поверхности материала и в окружающей среде р . Помимо диффузионного потока перенос влаги будет происходить также за счет термодиффузии вследствие перепада температур в пограничном слое. В условиях конвективной сушки, при относительно низких температурах, перенос влаги за счет термодиффузии пренебрежимо мал. [c.610]

Метод основан на диффузии паров летучего вещества в трубке в поток газа-носителя, идущего мимо ее открытого конца. Диффузионный процесс заставляет молекулы испаряться с поверхности жидкости в движущийся поток газа-носителя. Движущей силой является градиент концентраций. Для потокового детектора сигнал Е пропорционален концентрации [c.71]

Физический смысл этого таков плотность диффузионного потока можно выразить, применив в качестве движущей силы для диффузии либо градиент локальной концентрации а , либо градиент соответствующей равновесной концентрации с [c.320]

Диффузия в смесях. Если массового движения жидкости не происходит, то единственной возможной причиной переноса вещества может быть тепловое движение молекул, т. е. молекулярная диффузия. Движущей силой процесса диффузии, строго говоря, является градиент химического потенциала переносимого компонента смеси . Поэтому, исходя из принципа линейности потока и движущей силы, диффузионный поток компонента г определяется выражением [c.406]

Гидродинамическая теория диффузии рассматривает жидкость как континуум, в котором диффузионный поток компонентов определяется равновесием между движущей силой и силой сопротивления трения. [c.184]

Как указывалось выше, движущей силой, вызывающей диффузию вещества, является градиент его химического потенциала. Принимая в качестве основной гипотезы наличие линейной однородной зависимости между диффузионным потоком компонента и вызывающей его силой, можно, имея в виду (1.75), для обоих компонентов системы написать [c.63]

Дополнительные продольные диффузионные потоки компонента в сплошных фазах (например, жидкость и пар в различных пленочных аппаратах, жидкость на барботажной тарелке и т. д.) вызывают заметное снижение движущей силы процесса в реальных аппаратах и приводят к тем более ощутимому ухудшению разделительного действия колонн, чем выше коэффициенты диффузии (перемешивания) и чем меньше скорость движения данной сплошной фазы. [c.389]

Предложенные в 7] кинетические уравнения реакций газ — твердое тело, учитывающие стефановский поток, даже для плоской поверхности имеют сложный вид. Кроме того, при азотировании карбида кальция мольная доля азота N=1, а изменение числа молей у= —1, что в этих уравнениях приводит к неопределенности. Эмпирическая поправка на стефановский поток р вводилась нами в уравнение (13) с учетом того, что движущая сила этого потока, то есть градиент давлений газообразного реагента, который в нашем случае направлен внутрь зерна, обратно пропорциональна пути, на котором этот поток осуществляется. Влияние стефановского потока сказывается, когда с увеличением толщины слоя продукта б существенно возрастает его диффузионное сопротивление, причем одновременно с увеличением диффузионной зоны в продукте сокращается глубина реакционной зоны в исходном твердом реагенте [7], на которую, по-видимому, приходится основное падение градиента давления и соответственно стефановский поток. Поэтому в уравнении (8) эффективный коэффициент диффузии реагента А в исходной твердой фазе заменялся коэффициентом массопроводности Км [c.127]

Гидродинамические особенности турбулентного потока в канале были рассмотрены в гл. 3. Здесь же следует отметить влияние гидродинамических условий на перенос вещества. В пограничном слое толщиной 8 (рис. 15-2) происходит резкое, близкое к линейному изменение концентраций поскольку в этой области потока скорость процесса определяется молекулярной диффузией, роль конвективной диффузии мала. Это объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается тормозящее действие сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе жидкой фазы. Образование гидродинамического пограничного слоя вблизи поверхности раздела фаз ведет к возникновению в нем диффузионного пограничного слоя толщиной 5д, обычно не совпадающей с 5 . В ядре потока массоперенос осуществляется в основном турбулентными пульсациями, поэтому концентрация распределяемого вещества в ядре потока практически постоянна. Как отмечалось выше, перенос вещества движущимися частицами, участвующими в турбулентных пульсациях, называют турбулентной диффузией. Перенос вещества турбулентной диффузией описывается уравнением, аналогичным уравнению (15.14а) [c.16]

Из формулы (14.2.45) и выражения (14.2.21) для диффузионных термодинамических сил ясно, что диффузионная скорость содержит члены, пропорциональные градиентам концентрации, градиенту давления, разности внепших (неэлектрических) сил, действующих на различные частицы, электрическому полю, измеряемому в системе отсчета, движущейся вместе с газом, и градиенту температуры. За исключением члена, пропорционального электрическому полю, все члены имеют такой же вид, как и в случае диффузии обычных (нейтральных) газов. Важно, однако, отметить, что в ионизованном газе при наличии магнитного поля существуют потоки частиц, перпендикулярные как Я, [c.429]

Диффузия в неидеальных смесях. Рассмотренные выше уравнения имеют силу (даже приближенно) только для идеальных смесей и разбавленных растворов. В реальных же растворах и смесях необходимо учесть то, что химический потенциал, который рассматривается как движущая сила диффузии, определяется в действительности не концентрацией, а активностью (oj = yi i) и коэффициент активности Yt зависит от состава смеси. Так как состав в процессе диффузии изменяется, коэффициент активности, характеризующий соотношение между концентрацией и активностью, также изменяется. Это следует учитывать при формулировании уравнений, описывающих зависимость диффузионного потока от концентрации. [c.189]

Площадь масс-диффузионной перегородки. Диффузионный поток разделяемого газа, отнесенный к единице площади перегородки ступени (см. рис. 12. 5), равен ды)/2, где g — отнесенный к единице площади перегородки диффузионный поток, в случае, когда с одной стороны перегородки находится чистый разделяемый газ, а с другой стороны — чистый разделительный газ. Это свойство перегородки устанавливается экспериментально. Множитель хю12 представляет собой постоянную разность между молярными концентрациями разделяемого газа с обеих сторон перегородки, являющуюся движущей силой диффузии. [c.484]

Истинная же картина гораздо сложнее. Согласно термодинамике необратимых процессов, каждая движущая сила в системе должна вносить свой вклад в каждый поток . Однако эти перекрестные эффекты могут наблюдаться только между такими парами поток — движущая сила, которые являются тензорами одного ранга или различаются на два ранга. Следовательно, в многокомпонентной системе а) плотность потока количества движения зависит только от градиентов скорости б) плотность потока энергии обусловлена как градиентом температуры (теплопроводность), так и механическими движущими силами ( диффузионно-термический эффект , или аффект Дюфо ) в) плотность массового потока зависит от механических движущих сил (обычная молекулярная диффузия, диффузия под [c.495]

Согласно Фику, диффузионный поток направлен из точки с большей в точку с меньшей концентрацией и пропорционален разнице концентраций, деленной на расстояние между точками. Разница концентраций является стимулом для перемешивания, движущей силой диффузии. Если концентрация всюду одинакова, переноса вещества нет. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом диффузии (D), он связан с интенсивностью теплового движения. После того как концентрация выравнялась, направленного перемещения вещества уже не происходит. Частицы по-прежнему совершают случайные блуждания, однако число частиц, движущихся в разных направлениях, одинаково, и суммарный поток равен нулю. [c.35]

Для подтверждения того, что движущей силой диффузии является отталкивание одноименных молекул друг от друга можно провести эксперименты но растворению поваренной соли в воде с присутствием растворенных частиц черной туши, по которым видна скорость движения растворенного вещества от кусочка соли. Сначала в первый момент растворения скорость движения растворения компонентов в чистой воде очень большая. Но с течением времени, когда растворитель насыщается солью и градиент концентрации резко уменьшается, скорость движения молекул растворенных веществ резко снижается. Именно движение частичек туши увлекаемых растворенной солью непосредственно свидетельствует о скорости движения молекул соли в растворе в сторону попижеппой концентрации. Т.е. это зримо подтверждает факт ускорения движения молекул растворенных веществ но мере возрастания градиента концентраций. Но это значит, что увеличение диффузионного потока с увеличением разности концентрации создается не только за счет общего увеличения количества вещества, но и за счет скорость скорости его движения. [c.187]

В работе [2] для выбора условий с наиболее высокой интенсивностью массоотдачи, обеспечивающих исследование процесса в кинетической области, выполнен расчет максимальной скорости диффузионного переноса. Для определения коэффициентов массоотдачи при различных вариантах подачи газовой смеси на подложку использовали известные критериальные уравнения теплоотдачи при свободной конвекции для горизонтальных и вертикальных проволок, принудительной конвекции при поперечном их обтекании [39], а также теоретическое решение для процессов переноса принудительной конвекцией при продольном обтекании вертйкальной пластины [40]. Движущую силу диффузии из потока к поверхности определяли из условия, что концентрация диффундирующего компонента у поверхности имеет термодинамически равновесное значение. Результаты расчета представлены автором [2] в виде удобного для анализа газодинамической обстановки графика, который не был оценен по достоинству авторами других работ. Этот гра- [c.231]

При диффузионном режиме существует пропорциональная зави-стгмость между потоками и движущей силой, т. е. коэффициекг массопередачи имеет постоянное значение. Это тот случай, когда процесс массопередачи подчиняется простым законам диффузии. [c.239]

Разделение жидкостей методом испарения через мембрану также основано на различной диффузионной проницаемости мембран для паров веществ. При этом движущей силой процесса, как правило, является перепад давлений или концентраций. Смесь жидкостей, находящуюся в контакте с мембраной, нагревают. Проникающие через мембрану пары отводят с помощью вакуумирования или потоком инертного газа. Выделяют [13] пять основных стадий процесса 1) перенос вещества из глубины жидкого потока к мембране 2) сорбцию вещества поверхностным слоем мембраны 3) диффузию вещества через мембрану 4) десорбцию вещества с противополо кной [c.16]

Уравнение Стокса — Эйнштейна было получено на базе конце1Щий гидродинамической теории диффузии [38, 147], рассматривающей жидкость как сплошную среду, в которой диффузионный поток компонентов определяется равновесием между движущей силой и силой сопротивления трения / . Исходя из уравнения Нернста — Эйнштейна [c.788]

Таким процессом, например, является диффузия неэлектролитов в двухкомпонентных смесях при постоянной гемпе-ратуре. Оба компонента диффундируют в направлении отрицательного градиента химического потенциала (в противоположных направлениях), и термодинамические движущие силы определяются комбинированным действием двух градиентов химического потенциала. При постоянных температуре и давлении, выражая поток массы в г-см-2.с- и относя его к такой плоскости в диффузионной системе, для которой результирующая диффузия в двух противоположных направле- [c.209]

Коэффициент пропорциональности между диффузионным потоком и концентрационной движущей силой есть коэффициент диффузии D. В случае изотермической однокомпонентной диффузии вещества А в среде второго компонента величина Da может быть определена из уравнения [c.149]