ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массоперенос в однофазных системах из "Процессы и аппараты химической технологии Том1 Явления переноса макрокинетика подобие моделирование проектирование" Диффузия и массоперенос лежат в основе большинства химических и биологических процессов, протекающих в природе. Без них невозможно существование не только человеческой цивилизации, но и самой жизни. Поэтому изучению различных аспектов проявления этих процессов как в живой, так и в неживой природе уделяется огромное внимание в различных фундаментальных научных дисциплинах физике, химии, биологии, экологии и т д Развитие техники также невозможно без познания и практического использования закономерностей диффузии и массопереноса. [c.320] Практически ни один из основных процессов химической технологии не обходится без переноса вещества в той или иной форме при гетерогенном катализе реагенты и продукты реакции переносятся к зернам катализатора и от них при экстракции происходит обмен веществом между жидкостью, с одной стороны, и каплями или пузырями, с другой, и т. д. При этом скорость таких процессов в значительной степени определяется величинами соответствующих диффузионных потоков, которые могут зависеть от целого ряда других факторов геометрических, гидродинамических, химических. Таких примеров можно привести великое множество. [c.320] Теоретически явления массопереноса, за редким исключением, описываются в рамках механики сплошной среды. Таким образом могут быть рассмотрены как однофазные (гомогенные) системы — растворы, в которых массоперенос происходит только в одной фазе, так и многофазные (гетерогенные), в которых перенос вещества просходит в нескольких фазах и между ними одновременно. При этом под фазами, как правило, понимают различные или одинаковые вещества, составляющие систему и находящиеся в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном) [1]. [c.321] Количественно содержание того или иного компонента в смеси или растворе характеризуется концентрацией — отношением числа частиц компонента системы (смеси, раствора), его количества, выраженного в молях (молярная концентрация) или массы (массовая концентрация) к объему системы [2]. Концентрацией также называют любую форму выражения относительного содержания компонента в системе. Например, молярностью называют количество компонента, выраженное в молях, к объему смеси, а моляль-ностью — отношение числа молей растворенного компонента к массе растворителя. Массовой, объемной или мольной долей компонента смеси называют соответствующее отнощение его массы, объема или числа молей к общей массе, общему объему или общему количеству молей всех компонентов системы. Такие концентрации выражают обычно в процентах. Известны и другие способы выражения концентраций [2] В частности, в неоднородных системах следует различать средние и локальные концентрации компонентов. [c.321] Совокупность обоих процессов переноса именуется конвективной диффузией вещества в жидкости. [c.322] Если движение жидкости обусловлено градиентами температуры или концентраций, то говорят о свободной, или естественной, конвекции. Если движение вызывается внешними силами, то процесс носит название вынужденной конвекции [4]. [c.322] Для часто встречающегося на практике случая турбулентного движения жидкости принято дополнительно выделять турбулентный механизм переноса массы, который представляет собой, по-существу, процесс конвективного смешения, когда вещество переносится беспорядочными турбулентными пульсациями жидкости. Этот процесс называется турбулентной диффузией, хотя его сходство с молекулярной диффузией заключается лишь в одинаковой форме выражений для потоков веществ во многих (но не во всех) случаях [5]. Турбулентная диффузия обычно протекает очень быстро, хотя вблизи межфазных границ, где турбулентное движение подавлено, ее скорость может оказаться несущественной по сравнению с одновременно протекающим процессом молекулярной диффузии. [c.322] Процессы диффузии рассматриваются в системе отсчета, связанной со средней скоростью течения всех компонентов смеси в данной точке пространства в данный момент времени. Для смеси нескольких веществ, когда ее отдельные химически однородные компоненты перемещаются с разными скоростями, отделение молекулярного переноса от конвективного не однозначно. [c.322] В табл. 5.1 приведены наиболее употребительные нормировочные коэффициенты, а также соответствующие им средние скорости смеси и диффузионные потоки. [c.323] Для рассмотрения процессов массопереноса система отсчета не имеет принципиального значения, однако ее удобство может облегчить расчет и интерпретацию полученных результатов. Система отсчета, связанная со средней массовой скоростью, предпочтительнее в задачах, где процессы переноса массы рассматриваются совместно с системой уравнений гидродинамики, включаюших среднюю массовую скорость жидкости. Система центра масс, в которой средняя массовая скорость равна нулю, обычно используется в кинетической теории газов. При рассмотрении процессов переноса совместно с уравнениями химической кинетики (включая фазовые переходы), которые проще формулируются в мольных единицах, а не в массовых, удобнее система, связанная со средней мольной скоростью. Если вещество переносится по нормали к поверхности, то используют так называемую лабораторную систему отсчета, в которой эта поверхность считается неподвижной. Если можно пренебречь изменением плотности смеси при изменении ее свойств, что допустимо при незначительных количествах диффундирующего компонента или мало отличающихся молекулярных весах компонентов, то различие между средней мольной и средней массовой скоростью можно не учитывать [4]. [c.324] Когда диффузия вещества происходит в одной фазе, представляет интерес определение диффузионных потоков и концентраций диффундирующих веществ в различных точках системы в различные моменты времени. Эти величины зависят от времени, геометрической формы системы, полей скоростей движения смеси, температуры, давления, начальных и граничных условий, физикохимических свойств диффундирующих компонентов и т. п. [c.324] Вернуться к основной статье