Молекулярная диффузия. Первый закон Фика. Дифференциальное уравнение конвективной диффузии. Второй закон Фика.

Молекулярная диффузия, часто называют просто диффузии, является тепловое движение всех (жидкости или газа) частиц при температуре выше абсолютного нуля. Скорость этого движения является функцией температуры, вязкости жидкости и размера (массы) частиц. Диффузия объясняет чистый поток молекул из области более высокой концентрации в одной из более низкой концентрации.

Первый закон Фика относится диффузионный поток к концентрации в предположении о стационарном состоянии. Она постулирует, что поток переходит из области с высокой концентрацией в регионы с низкой концентрацией, с величиной, пропорциональная градиенту концентрации (пространственная производная), или в упрощенных терминах концепция, что растворенное вещество будет перемещаться из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации по градиенту концентрации. В одном (пространственном) измерении, закон:

Где

J представляет собой диффузионный поток, из которых измерение является количество вещества на единицу площади в единицу времени, так что выражается в таких единицах, как моль м ^-2с ¹. J измеряет количество вещества, которое будет протекать через единицу площади в течение интервала единицу времени.

D представляет собой коэффициент диффузии или диффузии. Его размер составляет площадь в единицу времени, так что типичные блоки для экспрессии было бы м ² / с.

φ (для идеальных смесей) представляет собой концентрацию, из которых измерение количества вещества в единице объема. Это может быть выражено в единицах моль / м ³.

х это положение, размер которого является длиной. Это может, таким образом, быть выражено в единичном м.

Второй закон Фика предсказывает, как диффузия вызывает концентрацию изменения со временем. Это дифференциальное уравнение, которое в одном измерении гласит:

Где

концентрация в размерах [(количество вещества) длины ^-3 ], например, моль / м ³; = (Х, т) является функцией, которая зависит от расположения х и время т

· т время, пример ев

· D коэффициент диффузии в размерах [длина ² времени ^-1 ], например, м ² / с

· х это положение [длина], например, м

 

 

Линия равновесия. Материальный баланс процессов массопередачи. Уравнение рабочей линии.

Материальный баланс. Рабочие концентрации распределяемого вещества не равны равновесным, и в действующих аппаратах никогда не достигают равновесных значений.

Зависимость между рабочими концентрациями распределяемого вещества в фазах изображается линией, которая носит название рабочей линии процесса. Вид функции или уравнение рабочей линии в его общем виде, является одинаковым для всех массообменных процессов и получается из их материальных балансов.

Уравнение рабочих линий

Поскольку условия работы укрепляющей и исчерпывающей частей ректификационной колонны различны, то рассмотрим материальные балансы для них отдельно.

Для укрепляющей части колонны возьмем произвольное сечение Л—Л (см. рис. 5.30), которому соответствуют текущие концентрации х и у, и составим материальный баланс по НК для верха этой части колонны:

откуда

где L — количество флегмы, стекающей в верхней части колонны, причем

Количество поднимающихся по колонне паров

Так как по принятому допущению^ = х_р, то уравнение (5.50) при подстановке в него соответствующих значений L и G принимает вид

откуда получаем уравнение рабочей линии укрепляющей части колонны

При х = х_р у = х_р, т.е. рабочая линия укрепляющей части колонны пересекает диагональ с абсциссой х_р (второе допущение).

Обозначим , а . Тогда уравнение (5.53) примет

вид соотношения у = Ах + В, которое является уравнением прямой линии. В нем А — тангенс угла наклона рабочей линии к оси абсцисс, а В — отрезок, отсекаемый рабочей линией на оси ординат.

 

19

 

 

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.