Основные законы массообменного процесса

Схема переноса вещества между фазами представлена на рисунке.2.1(рисунок у меня плохой, так что перерисуйте из лекций, потому что я его не нашла и здесь его нет) В фазе G концентрация рассматриваемого компонента больше равновесной, т.е. компонент G переходит из фазы в фазу L. Скорость переноса вещества равна M. Перенос вещества к границе раздела фаз осуществляется двояко: конвективной диффузией, т.е. в результате движения частиц данной фазы, и молекулярной диффузией, т.е. в результате движения молекул через слой данной фазы.

Поэтому в каждой фазе различают ядро, т.е. основную часть потока данной фазы, в котором перенос вещества обусловлен главным образом конвективной диффузией, и различают пограничный слой толщиной d_G и d _L примыкающие к границе раздела фаз. Здесь массоперенос вызывается главным образом молекулярной диффузией, роль которой увеличивается по мере приближения к границе раздела фаз. Толщина пограничного слоя зависит от скорости движения фаз. Поскольку в ядре потока частицы вещества интенсивно перемешиваются, считают, что в пределах ядра потока концентрации не изменяются, а все изменение концентраций в каждой фазе происходит в пределах пограничного слоя.

Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях. Процесс молекулярной диффузии определяется законом Фика, который формулируется следующим образом. Количество вещества dM, диффундирующего через слой в единицу времени, пропорционально площади слоя dF, перпендикулярной направлению диффузионного потока, и градиенту концентраций в направлении диффузии dc/dn, т.е.:

где D - коэффициент диффузии

Знак минус указывает на то, что диффузия вещества идет в направлении уменьшения концентрации

Движущей силой процесса молекулярной диффузии является градиент концентрации dc/dn. Средняя величина градиента концентрации приближенно равна:

где Dc - изменение концентрации по толщине слоя, d - толщина слоя.

Согласно закону конвективной диффузии, количество вещества M, переданного в единицу времени из фазы к поверхности раздела фаз, пропорционально поверхности фазового контакта dF и разности концентраций в потоке C_ф и на границе раздела фаз C_ср:

где b - коэффициент массоотдачи.

Скорость переноса вещества из одной фазы в другую dM пропорциональна движущей силе процесса D, характеризующей степень отклонения систем от состояния равновесия, и поверхности контакта фаз dF. Следовательно: