Движущая сила и основное уравнение массопередачи. Основные законы мп

Движущая сила массообменных процессов. Различные вещества могут находиться в различных фазовых состояниях.

Движущая сила массообменных процессов — разность концент­раций.

Основное уравнение массопередачи. Коэффициент массопередачи. Процесс переноса сахара из стружки в воду в соответствии с основ­ным кинетическим уравнением можно описать следующим образом:

dM/(F*dτ)=k*Δ

где M — масса вещества, перешедшего из одной фазы в другую, кг; k — кинетичес­кий коэффициент, учитывающий сопротивление в процессе переноса; Δ — движущая сила; F— площадь межфа­зовой поверхности, через которую осуществляется перенос вещества, м²; τ — про­должительность процесса, с. Это уравнение называют основным уравнением массопередачи.

Коэффициент к получил название коэффициента массопередачи. Размерность его зависит от размерности, принятой для концентра­ции.

Физический смысл коэффициента массопередачи следует из его определения:

коэффициент массопередачи показывает, какое количество ве­щества переносится через 1 м² поверхности фазового раздела за 1 с при разности концентраций, равной единице.

Коэффициент массопередачи не зависит от площади поверхнос­ти, времени и разности концентраций. Он зависит от свойств уча­ствующих в процессе веществ и характера взаимодействия фаз.

Основными законами массопередачи являются закон молекуляр­ной диффузии (первый закон Фика), закон массоотдачи (закон Нью­тона — Щукарева) и закон массопроводности.

Закон молекулярной диффузии (первый закон Фика), основан­ный на том, что диффузия в газах и растворах жидкостей происхо­дит в результате хаотического движения молекул, приводящего к переносу молекул распределяемого вещества из зоны высоких кон­центраций в зону низких концентраций,

где dM — количество вещества, перенесенного путем диффузии; D — коэффициент пропорциональности, или коэффициент диффузии; С/1 — градиент концентрации в направлении диффузии; F — элементарная площадка, через которую происходит диф­фузия; dx — продолжительность диффузии.

Коэффициент диффузии показывает, какое количество веще­ства диффундирует через поверхность в 1 м² в течение 1 ч при разно­сти концентраций на расстоянии 1 м, равной единице.

Знак «минус» в правой части уравнения показывает, что при молекулярной диффузии концентрация убывает.

Коэффициенты диффузии зависят от агрегатного состояния систем. Для газов коэффициенты диффузии имеют значения (0,1...1,0)10~⁴ м²/с. Они примерно на четыре порядка выше, чем для жидкостей. С увеличением температуры коэффициенты диффузии.возрастают, а с повышением давления уменьшаются