Кинетика массопередачи

В основном уравнении массопередачи - кинетический коэффициент, называемый коэффициентом массопередачи.

Коэффициент массопередачи характеризует скорость процесса, которая связана с механизмом массопередачи.

Существует два механизма массопередачи:

1) Турбулентная диффузия, т.е. взаимопроникновение частиц носителя и распределительного вещества, за счет скорости процесса.

2) Молекулярная диффузия- проникновение распределительного вещества через слой носителя.

Рассмотрим распределение концентрации распределительного вещества на границе раздела фаз.

В каждой фазе различают две области фазы:

1. Ядро потока;

2. Пограничный слой, образующийся на поверхности раздела фаз.

Перенос распределительного вещества в ядре фазы, т.е. основной массы потока, где обычно происходит интенсивное перемешивание, осуществляемое преимущественно путем турбулентной диффузии. Вследствие этого концентрация распределительного вещества в ядре практически постоянна.

В ядре потока - турбулентная диффузия.

Пограничный слой является областью резкого изменения концентрации распределительного вещества. Перенос вещества в пограничном слое осуществляется как турбулентной, так и молекулярной диффузией. Причем по мере приближения к поверхности раздела фаз происходит затухание турбулентных потоков и возрастает роль молекулярной диффузии.

Если допустить, что при установившемся процессе на границе раздела фаз достигается состояние равновесия, то концентрации можно прировнять к равновесным концентрациям:

Совместное действие турбулентной и молекулярной диффузии в пограничном слое – конвективная диффузия. Количество вещества переносимое за счет молекулярной диффузии описывается первым законом Фика, согласно которому масса вещества продиф-ая за время через элементарную поверхность
перпендикулярную направлению диффузии, пропорциональна градиенту концентрации на участке диффузионного слоя.

- концентрация

- толщина диффузионного слоя

за счет молекулярной диффузии пропорциональна поверхности и градиенту

«-» - направление обратно увеличению концентрации.

- коэффициент молекулярной диффузии. Физическая константа, характеризующая способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду.

Коэффициент диффузии зависит от физической свойств среды, а т.ж. от температуры и давления.

Масса вещества переносимая в пределах фазы за счет турбулентной диффузии согласно экспоненциальным данным, пропорциональна поверхности и градиенту концентрации.

коэффициент турбулентной диффузии, показывает способность вещества вследствие диффузии внутри подвижной среды.

Т.о. , в отличии от , зависит от гидродинамических условий движения.

Общее количество вещества переносимое в пограничном слое складывается из количества вещества, переносимого за счет турбулентной и молярной диффузии

- коэффициент массоотдачи.

Уравнения массоотдачи:

Коэффициент массоотдачи показывает, какая масса вещества из ядра фазы поступает к поверхности раздела фаз. Является не физической константой, а кинетической характеристикой, зависящей от физических свойств фазы (, гидродинамических условий в фазе, т.ж. от геометрических факторов, которые определяются конструкцией и размером массообменного аппарата.