6830718988

Wykłady z inżynierii chemicznej - Wnikanie masy

Wnikanie masy

Wnikanie masy pojawia się w międzyfazowym transporcie masy i jest procesem transportu substancji od rdzenia (z głębi) fazy do powierzchni międzyfazowej lub od powierzchni międzyfazowej do głębi fazy.

Wnikanie masy w fazie gazowej zilustrowano graficznie na poniższym schemacie. Stężenie składnika dyfundującego w głębi fazy gazowej przedstawiono ułamkiem molowym yA, natomiast na powierzchni międzyfazowej yAi.

f iii j i:s v i    f IM cii k li

_i

G unici ■ iiiijfismc i

Rys. 1. Schemat wnikania masy w fazie gazowej z głębi fazy do granicy międzyfazowej.

Gdy porusza się ruchem burzliwym, to w pobliżu powierzchni międzyfazowej (np. w pobliżu powierzchni cieczy) wskutek tarcia gazu o ciecz warstwy gazu przylegające do tej powierzchni poruszają się ruchem laminarnym. Zatem w pobliżu powierzchni międzyfazowej występuje laminama warstwa graniczna. Składnik, który jest transportowany w kierunku malejącego stężenia, w głębi fazy jest przenoszony prądami konwekcyjnymi, a w warstwie laminamej porusza się dyfuzyjnie. Konsekwencją takiego transportu masy jest spadek stężenia składnika A przedstawiony schematycznie linią krzywą zmieniającą się od wartości ułamka molowego y_A w głębi fazy do wartości y.Ai na granicy międzyfazowej. Wyrównanie stężenia składnika A w głębi fazy zapewniają wiry burzliwości, natomiast w warstwie łaminarnej występuje dyfuzja, a połączenie obu tych procesów nazywamy właśnie wnikaniem masy.

Do matematycznego opisu procesu wnikania masy można zastosować równania dyfuzji przez warstwę o grubości s. W tym przypadku przez s rozumie się grubość warstwy laminamej, przez którą odbywa się dyfuzja.

Dla układu dwuskładnikowego i dyfuzji równomolowej przeciw kier linkowej, tj. takiej, która jest trudniejsza (a zatem wolniejsza) od dyfuzji jednokierunkowej, gęstość strumienia masy dyfundującego na drodze s wyraża wzór:

kmol A m² s

(1)

U =-^^SS-(Yai-Yah)    (Yai “Yau)

S    KI S

W przypadku wnikania

y_A, ułamek molowy, Yas ,    ułamek

Yaj stężenie panujące w rdzeniu strumienia fazy gazowej Yau stężenie panujące na granicy międzyfazowej molowy,

S grubość laminamej warstwy granicznej, m,

1