84828

Wykłady z inżynierii chemicznej - Dyfuzja

obecności drugiej fazy na ich granicy następuje spowolnienie ruchu płynu aż do mchu laminamego. Zatem wymiana masy do drugiej fazy następuje poprzez laminarne warstwy graniczne istniejące pomiędzy dwiema fazami. W tych warstewkach granicznych zanika konwekcja, a pojawia się dyfuzja. Zatem transport składnika z głębi burzliwej fazy do granicy międzyfazowej, to najpierw konwekcja a potem dyfuzja. Taki nich składnika odbywający się w obrębie jednej fazy nazywa się wnikaniem masy. Jeśli połączy się dwa procesy wnikania masy w sąsiadujących fazach, to mamy do czynienia z przenikaniem masy. Zatem przenikanie masy odbywa się następująco najpierw składnik z głębi (z rdzenia) jednej fazy wskutek wnikania dociera do granicy międzyfazowej, przechodzi do drugiej fazy na granicy i w końcu wnika do głębi drugiej fazy. Schematyczny opis tego zjawiska można przedstawić graficznie za pomocą wykresu stężenia (np. ułamków molowych) od drogi.

Rys. 1. Rozkład stężeń przy przenikaniu masy z fazy y do fazy x

Dwie fazy są rozdzielone granicą międzyfazową „i”. W pobliżu granicy każda z faz wytwarza warstewkę laminarną o grubości s, lub s_x. Daleko od granicy międzyfazowej stężenia w każdej z faz są stałe, a w warstewkach granicznych zmieniają się wskutek dyfuzji.

Dyfuzja w fazie gazów ej

Teoria dyfuzji gazów rozwinęła się wraz z teorią kinetyczną gazów. Wymienić tu należy takich badaczy jak Maxwell, Stefan, Mayer, Sutherland i inni).

Dyfuzja może być procesem ustalonym bądź nieustalonym. W pierwszym przypadku stężenie transportowanego składnika jest wyłącznie funkcją miejsca:

c=f(x, y, z),

a w przypadku dyfuzji nieustalonej jest dodatkowo funkcją czasu:

c =f (x. y, z, x),

Weźmy pod uwagę warstwę gazu znajdującą się w spoczynku, ograniczoną dwiema płaszczyznami I i II. Przez warstwę tę dyfunduje składnik mieszaniny gazowej A. Ruch składnika występuje na skutek istniejącej różnicy stężeń. Do wyrażenia stężeń można wykorzystać koncentrację (stężenie) oznaczaną symbolem Ca [kmol/m³]. Rozpatrzmy dyfuzję ustaloną. Zatem stężenia w przekrojach I i II są niezmienne w czasie, tzn.: c_Ai = const, c_An = const, a ponadto c_A| > c_An.

Przemieszczanie się cząsteczek A w kierunku dyfuzji (w kierunku malejącego stężenia) wynika z różnicy stężeń składnika A w przekrojach I i II, można zatem mówić o gradiencie stężenia składnika A wzdłuż drogi. Stężenie składnika można wyrazić jako jego prężność p_A, a więc można mówić o gradiencie prężności dp_A/ds, któiy ze względu na spadek

2