Wstęp teoretyczny:

W takich procesach, jak rektyfikacja, absorpcja, nawilżanie czy suszenie zachodzi jedno- lub dwukierunkowe przenikanie masy z jednej fazy do drugiej. Mechanizm procesu dyfuzji najlepiej wyjaśnia teoria dwubłonkowa. Założono w niej, że w rdzeniach przepływających ruchem burzliwym faz nie występują gradienty stężeń, natomiast przy granicy rozdziału faz tworzą się błonki, w których płyny poruszają się ruchem laminarnym. W błonkach właśnie zlokalizowane są główne opory dyfuzji, czyli w nich następują duże gradienty stężeń. Na granicy rozdziału faz osiągnięty jest stan równowagi fizykochemicznej. Dla dyfuzji jednego składnika przez inne składniki inertne, równanie dyfuzji przybiera postać:

gdzie: w_A - molowa szybkość dyfuzji składnika A [kmol/(m²s)], D_Ain - kinematyczny współczynnik dyfuzji [m²/s], C_A, C_in - stężenie składnika A i składników inertnych [kmol/m³], x- droga dyfuzji [m];

Natężenie dyfuzji opisane jest wzorem:

gdzie: G_A - natężenie dyfuzji [kg A/s], δ_Ain - dynamiczny współczynnik dyfuzji składnika A [kg A/ms], ΔΠ - moduł napędowy dyfuzji, A- powierzchnia wymiany masy [m²];

Dla małych stężeń składnika dyfundującego A w fazie gazowej moduł napędowy dyfuzji, może być opisany wzorem:

Gdzie: M_A i M_in- masy cząsteczkowe składnika A oraz inertów [kg/kmol], ΔY_A- siła napędowa procesu;

Współczynnik wnikania masy k_y wskazuje, ile masy wniknie w jednostce czasu od jednostki powierzchni międzyfazowej do rdzenia fazy, jeżeli moduł napędowy ΔΠ będzie równy jedności. Współczynnik wnikania masy wyrażony jest jako:

Współczynnik wnikania masy w fazie gazowej podczas konwekcji wymuszonej jest zależna od prędkości przepływu fazy gazowej u, charakterystycznego wymiaru liniowego elementu wypełnienia d_e oraz od właściwości fizykochemicznych gazu; lepkości, gęstości i współczynnika dyfuzji.

Za pomocą analizy wymiarowej zależność powyższą można sprowadzić do postaci:

Gdzie:
- kryterium Sherwooda,
- kryterium Reynoldsa,
- kryterium Schmidta

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika wnikania masy k_Y oraz obliczenie stałej C i wykładnika potęgi n w równaniu kryterialnym wnikania masy.

Opis wykonania ćwiczenia

Pomiary prowadzone były po uruchomieniu aparatury. Najpierw został załączony wyłącznik główny w tablicy głównej , następnie załączona została dmuchawa i regulatorem nastawione odpowiednie natężenie przepływu powietrza, później została złączona pompa wody i zaworem zostało ustawione natężenie przepływu wody. Załączony został także układ do pomiaru temperatur. Po ustaleniu się stanu równowagi, który charakteryzuje się niezmiennością temperatur i przepływów, należy doczytać i zanotować następujące wielkości:

-natężenie przepływu wody oraz powietrza,

-wilgotność powietrza zmierzone psychrometrem,

-temperatury wody i powietrza na wlocie i wylocie z kolumny.

Po dokonaniu odczytów zmienia się natężenie przepływu jednego

z czynników, zachowując niezmienione natężenie przepływu drugiego czynnika, ustala się ponownie stan równowagi i przystępuje do kolejnych odczytów. Wykonanych zostało sześć punktów pomiarowych.

Aparatura

		Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej

---