Внешняя массопередача. Коэффициент массопередачи.

При реакциях между флюидными фазами (газами и жидкостями) и твердыми телами или газами и жидкостями при достаточно малых скоростях пока в движущейся фазе лимитирующим звеном оказывается внешняя массопередача (диффузия). При увеличении скоростей внешних потоков лимитирующей становится внутренняя диффузия. Естественно, что скорости внутридиффузионных процессов не зависят от скорости внешнего потока. В подобном процессе поток газов (или смеси газов) омывает зернистый материал. Газ реагирует с этим материалом или поглощается. Пусть скорость газового потока будет α, концентрация реагирующего вещества в газе С и концентрация на границе зерен С_Х. Скорость процесса, измеряемая количеством прореагировавшего (или поглощенного) вещества в единице объема слоя а в единицу времени da/dt, определяется уравнением: da/dt = β (C – C_X), где β – коэффициент массопередачи. В случае, если скорость диффузии в глубину зерна настолько велика, что С_Х очень мала, то это уравнение можно записать в виде da/dt = βC. Признаками того, что процесс определяется условиями внешней массопередачи, являются: 1)Величина β зависит от скорости потока, т.е. β = f(α), и от природы газоносителя и не зависит от пористости твердого тела, 2) Диффузионное сопротивление не зависит от времени, 3) Если процесс прерывается и после некоторого перерыва вновь продолжается в тех же условиях, то его кинетика будет характеризоваться теми же параметрами, что и до перерыва, иными словами, у процесса отсутствует явление «памяти», 4) Скорость процесса сравнительно мало зависит от температуры. При увеличении скорости потока газа (или жидкости) скорость внешней массопередачи окажется больше, чем внутренней, и при определенных условиях протекание процесса станет определяться не внешней, а внутренней массопередачей.

Второй ЗАКОН ФИКА. х – направление диффузии, D – коэф диффузии. D*(б²С / бх²) = бС/бt.

Обозначим dm – количество вещества переносимого при диффузии через площадь S за время dτ. Тогда: dm = – D*dC*S*dτ / dx. υ_ДИФ = dm/dτ = – D*dC*S / dx – первый закон Фика. D – коэффициент диффузии. Этот закон описывает скорость диффузии потока при стационарной диффузии, т.е. диффузии, когда в элементарный объем за единицу времени входит столько же вещества, сколько и выходит из него. Физические свойства величин, входящих в уравнение Фика. Знак «-» означает, что вещества перемещается в сторону уменьшения концентрации. D – коэффициент диффузии – количество вещества, проходящее в единицу времени через единицу площади поверхности при градиенте концентрации = 1. Оно зависит от природы вещества, его агрегатного состояния и Т. Наибольший коэффициентом диффузии обладают газовые среды, меньше жидкие, еще меньше твердые. Влияние температуры: α = D_T+10 / D_T.

1. Удельная электропроводимость 4 % мае. раствора серной кислоты при 18 °С равна 0,1675 Ом^-1-см^-1. Плотность раствора равна 1,0255 г/см³. Определите эквивалентную электропроводимость раствора.

Дано: каппа=0,1675 Ом^-1-см^-1. ω=0,4% мас. ρ= 1,0255 г/см³ ; Найти λ-? Решение: λ=каппа/Сн; c=n/V; m(ра-ра)=100г; n=4/98=0,04 моль. Vр-ра=m/ρ=100/1,0255=97,5 см³; c=0,04/97,5=4,1∙10^-4 моль/см³; Cн=2c=8,2∙10^4 моль-экв/ см³; λ=0,1675/8,2∙10^4=204 см²моль-экв^-1 Ом^-1

2. В результате взаимодействия формальдегида с перекисью водорода образуется муравьиная кислота (реакция второго порядка). Если смешать равные объемы 1М растворов Н₂О₂ и НСНО, то через 2 ч концентрация муравьиной кислоты становится равной 0,214 моль/л. Определить, через сколько времени останется 10% исходных веществ.

Дано: n=2; a=b=1моль/л (до смеш-я); a=b=0,5 моль/л (после смеш-я); t=2ч; x= 0,214 моль/л; a-x1=10% от а; Найти t1-? Решение: k=1/t(1/a-x – 1/a); k=1/2 (1/0,5-0,214 – 1/0,5)=0,75 час^-1моль^-1 л²; t1=1/k (1/a-x1 – 1/a); a-x1=0,1∙0,5=0,05 моль∙л; t1=1/0,75 (1/0,05-1/0,5)=24 часа.

БИЛЕТ 6.

Дата добавления: 2015-07-20