Массообмен

Основные понятия

Многие процессы теплообмена, происходящие в природе и технике, сопровождаются внешним и внутренним массообменом. При этом пред­полагается, что химических реакций между компонентами нет. Например, испарившаяся жидкость, распространяясь путем диффузии в парогазовой среде, будет изменять интенсивность теплоотдачи в этой среде. При тепловлажностной обработке бетона происходят конденсация пара и его испарение с поверхности изделий, миграция влаги, паров и воздуха внутри этих изделий; Массообмен (диффузия) лежит в основе таких физических и химических процессов, как смешение газовых струй различных концентраций, испарение, сушка, конденсация пара из парогазовой смеси, кондиционирование воздуха. адсорбция вещества из растворов, сублимация, окисление, горение, разделение изотопов, цементирование металлических изделий и т. д.

Под массообменом понимают самопроизвольный необратимый процесс переноса массы определенного компонента в пространстве с неоднородным полем химического потенциала этого компонента. В простейшем случае неоднородным является поле концентрации или парциального давления, при этом процесс переноса имеет определенную направленность. Например, в смеси с одинаковой температурой и давлением процесс массопереноса (диффузии) направлен к выравниванию концентраций в системе, при этом происходит перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

Диффузия осуществляется молекулярным или молярным путем. Молекулярная диффузия — это перенос вещества смеси, обусловленный тепловым движением микрочастиц. Молярный перенос неразрывно связан с макродвижением самой смеси (конвекцией). Массообмен, обусловленный совместным действием молекулярной диффузии и конвективного переноса вещества, называется конвективным массообменном.

Количество вещества, проходящего в единицу времени через данную поверхность в направлении нормали к ней, называется потоком массы. Он обозначается через J и измеряется в кг/с. Плотность потока массы j — это поток массы, проходящий через единицу поверхности: j=dJ/dF.

Причиной возникновения потока массы является либо неравномерное распределение концентрации вещества (концентрационная диффузия), либо неоднородность температурного поля (термодиффузия), либо неоднородность полного давления (бародиффузия).