4.6.2. Масопередача

Перенесення маси в межах однієї фази до границі розподілу фаз або від неї називають масовіддачею, а загальний процес пе­ренесення маси з однієї фази в іншу — масопередачею. Зако­номірності масопередачі визначаються властивостями фаз, що беруть участь у процесах.

У рухомих фазах (рідкій і газовій) маса переноситься всіма ви­дами дифузії.

180

Всередині шпар твердої фази діє, як правило, лише механізм молекулярної дифузії. При цьому швидкість перенесення зале­жить від шпаруватості твердого тіла, геометрії капілярів, співвідношення розмірів капілярів і молекул і характеризується коефіцієнтом масопровідності , пропорційним коефіцієнту мо­лекулярної дифузії, але меншим від нього за величиною

(4.33)

Для визначення швидкості масовіддачі в газовій або рідкій фазах потрібно рівняння конвективної дифузії розв'язати спільно з рівнянням руху і нерозривності потоку за заданих граничних і початкових умовах. Через надзвичайну складність (немож­ливість) розв'язання такої системи диференціальних рівнянь на практиці використовують рівняння масовіддачі, запропоноване О.Н. Щукарьовим у кінці XIX сторіччя

, (4.34)

де — коефіцієнт масовіддачі, м/с;

С — різниця концентрацій на границі розділення фаз і в ядрі

потоку.

Це рівняння дає можливість всю складність фізичної картини перенесення маси приховати за величиною коефіцієнта ма­совіддачі. Розрахунок коефіцієнтів масовіддачі ґрунтується на те­оріях масопередачі.

Термодифузія. Розглянуті вище основні закони дифузії одер­жані за умови дії лише однієї рушійної сили — градієнта концен­трацій розглядаємого компонента системи. В реальних умовах масопередачі є звичайно і градієнти інших інтенсивних пара­метрів: температури, тиску, концентрації решти компонентів си­стеми. Встановлено, що швидкість дифузії даного компонента більшою чи меншою мірою залежить також від усіх зазначених градієнтів. Так, наприклад, для молекулярного перенесення в бінарній суміші можна записати

, (4.35)

де — термодифузійний коефіцієнт;

— бародифузійний коефіцієнт.

У цьому рівнянні перша складова величина характеризує кон­центраційну дифузію, друга — термодифузію (ефект Cope), третя —

181

бародифузію. Звичайно бародифузією нехтують. Що ж до термо-дифузії, то вона у ряді випадків відіграє помітну роль (наприклад, у процесах сушіння матеріалів). Коефіцієнт термодифузії додатний для більш важких компонентів і від'ємний — для легших. Отже, важкі компоненти переміщуються в бік зниження температури.

Дія термодифузії являється переважно в газах і до деякої міри в рідинах. Проектуючи апарати, треба прагнути, щоб напрями термодифузії і концентраційної дифузії збігалися.

4.6.3. Сушіння