МАССОПЕРЕНОС. ЗАКОН ФИКА. КОЭФФИЦИЕНТ ДИФФУЗИИ D

Многие процессы теплообмена, протекающие в при­роде и технике, сопровождаются процессами перено­са массы одного вещества в массу другого вещества.

Большинство материалов, применяемых в сельском хозяйстве, химической, пищевой, лесной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности, яв­ляются коллоидными капиллярно-пористыми телами, которые входе технологических процессов производства подвергаются увлажнению, нагреванию и охлаждению. В этих процессах наблюдается не толь­ко перемещение теплоты внутри обрабатываемого материала ( теплопереиос), но и одновременно пе­ремещение вещества одного компонента в другом (массоперенос), или наблюдается диффузия.

Диффузией называют процесс проникновения молекул вещества одной фазы в межмолекулярное пространство вещества другой фазы.

Когда наблюдается четкая граница раздела между фазами, что имеет место при их неподвижном состоянии или ламинарном режиме движения, вещество из одной фазы в другую переносится так называемой молекуляр­ной диффузией. Причиной возникновения молекулярной диффузии является тепловое движение молекул.

В случае турбулентного режима движения на грани­це фаз перенос вещества осуществляется не только вследствие молекулярной диффузии, но и вследствие интенсивного перемешивания отдельных фаз. Такую диффузию называют конвективной, или молярной

Переход вещества из одной фазы в другую путем молекулярной и конвективной диффузией называют массообменном, или массопередачей. Последим протекает до тех пор, пока не установится подвижное фазовое равновесие, при котором из одной фазы в другую переходит столько молекул, сколько из второй в первую. В технологических процессах практически используют следующие диффузионные процессы:

1) абсорбцию и адсорбцию газов и паров;

2) десорбцию газов из жидкостей и твердых поглотителей;

3) перегонку жидкостей;

4) экстракцию жидких и твердых веществ;

5) кристаллизацию и растворение твердых веществ;

6) сушку влажных материалов и др.

Если смесь веществ по всем направлениям имеет различную концентрацию, то каждый компонент дви­жется в направлении меньшей концентрации, в ре­зультате чего концентрация смеси выравнивается. Такую диффузию называют концентрационной.

При изотермических условиях интенсивность кон­центрационной диффузии характеризуется плотностью потока массы вещества, которая определяется по закону Фика: плотность диффузионного потока ве­щества (количество вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу площади изоконцентрационной поверхности) прямо пропорциональ­на градиенту концентраций.

Если в процессе переноса массы одного компо­нента в другом имеют место все виды диффузии, то плотность диффузионного потока, или плотность по­тока массы, определяют по уравнению: