что такое конвективная диффузия

Конвективная диффузия

Конвективная диффузия подчиняется закономерностям, согласно которым величина (конвективной) диффузии возрастает с увеличением поверхности массообмена, разности концентраций, продолжительности процесса и коэффициента конвективной диффузии. Размер молекул диффундируемого вещества, кинетическая их энергия здесь оказываются второразрядными факторами.

Уравнение конвективной диффузии имеет следующее выражение:

Скорость конвективного переноса вещества представляет величину, отражающую количество перенесенного вещества в единицу времени;

(кг/с)

Скорость конвективной диффузии W _конв. в десятки раз больше скорости молекулярной диффузии (W _своб.).

Суммарный процесс переноса веществ из растительного материала в экстрагент выражается основным уравнением массопередачи.

45. Способы экстрагирования статические и динамические, периодические и непрерывные, равновесные и неравновесные. Мацерация, ремацерация, перколяция, реперколяция, противоточное и циркуляционное экстрагирование.

В промышленной технологии используют различные методы экстрагирования. Их можно классифицировать на: статические и динамические.

ЭКСТРАКТОРЫ

1.Экстрактор с ректификационной колонной и дефлегматором

2.Экстрактор периодического действия с мешалкой

3.Установка гидродинамической экстракции из растительного сырья

Источник

Конвективная диффузия. Массоотдача

Конвективной диффузией называется массоперенос, обусловленный перемещением мольных объемов компонентов, составляющих смесь.

Конвективная диффузия всегда сопровождается молекулярной диффузией. Совместный перенос молекулярной и конвективной диффузией называют конвективным массообменном, или массоотдачей.

Процесс массоотдачи i-го компонента в кг описывается уравнением

где – коэффициент массообмена i го компонента, м/с; – массовые концентрации рассматриваемого компонента в единице объема на 2-х изоконцентрационных поверхностях, кг/м 3 ; – площадь изоконцентрационной поверхности, м 2 ; – время процесса, с.

Массоотдача между газовой средой и поверхностью твердого тела

В соответствии с 1-ым законом Фика

,

Это уравнение называется уравнением массоотдачи.

Уравнение конвективной диффузии в прямоугольных координатах

В соответствии со 2-ым законом Фика это уравнение для i-го компонента будет иметь следующий вид

(5.1)

где – субстанциональная (полная) производная.

Для стационарных процессов

(5.2)

– оператор Лапласа.

Уравнение массопереноса при наличии концентрационной диффузии, термодиффузии и бародиффузии

Поскольку тоже, что и для i-го газа это уравнение с учетом (5.1), (4.3) и (4.4) принимает вид

,

Источник

Конвективная диффузия. Массоотдача.

Конвективной диффузией называется массоперенос, обусловленный перемещением мольных объемов компонентов, составляющих смесь.

Конвективная диффузия всегда сопровождается молекулярной диффузией. Совместный перенос молекулярной и конвективной диффузией называют конвективным массообменном, или массоотдачей.

Процесс массоотдачи i-го компонента в кг описывается уравнением

где – коэффициент массообмена i го компонента, м/с; – массовые концентрации рассматриваемого компонента в единице объема на 2-х изоконцентрационных поверхностях, кг/м 3 ; – площадь изоконцентрационной поверхности, м 2 ; – время процесса, с.

Массоотдача между газовой средой и поверхностью твердого тела

В соответствии с 1-ым законом Фика

,

Это уравнение называется уравнением массоотдачи.

Уравнение конвективной диффузии в прямоугольных координатах

В соответствии со 2-ым законом Фика это уравнение для i-го компонента будет иметь следующий вид

(5.1)

где – субстанциональная (полная) производная.

Для стационарных процессов

(5.2)

– оператор Лапласа.

Уравнение массопереноса при наличии концентрационной диффузии, термодиффузии и бародиффузии

Поскольку тоже, что и для i-го газа это уравнение с учетом (5.1), (4.3) и (4.4) принимает вид

,

Дата добавления: 2016-02-11 ; просмотров: 780 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Молекулярная и конвективная диффузия

ДИФФУЗИЯ— перенос вещества, обусловленный выравниванием его концентрации в первоначально неоднородной системе. Диффузия — одна из стадий многочисленных технологических процессов (адсорбции, сушки, экстрагированияи др.).

Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах. Механизм диффузии в этих веществах существенно различен.

Молекулярной диффузией называется перенос распределяемого вещества, обусловленный беспорядочным тепловым движением молекул, атомов, ионов, коллоидных частиц. Молекулярная диффузия описывается Первым законом Фика, согласно которому масса вещества dm, диффундирующего за время dt через элементарную поверхность dS (нормальную к направлению диффузии), пропорциональна градиенту концентрации dc/dx этого вещества:

(2.2.1.1)

. (2.2.1.2)

Из выражения (2.2.1.2) следует, что удельный поток вещества, переносимого молекулярной диффузией через единицу поверхности Sв единицу времени t, или скорость молекулярной диффузии, составляет:

(2.2.1.3)

Градиент концентрации dc/dx представляет собой изменение концентрации диффундирующего вещества, приходящееся на единицу длины нормали между двумя поверхностями постоянных, но различных концентраций.

Коэффициент пропорциональности D в выражении закона Фика называется коэффициентом молекулярной диффузии, или простокоэффициентом диффузии. Знак «минус» в правой части уравнения, описывающего закон Фика, указывает на то, что молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации распределяемого компонента.

Согласно уравнению (2.2.1.1), коэффициент диффузии выражается следующим образом:

откуда вытекает физический смысл коэффициента D (до сокращения одноименных величин). Коэффициент диффузии показывает, какая масса вещества диффундирует в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице.

Коэффициент молекулярной диффузии представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. Величина D, таким образом, не зависит от гидродинамических условий, в которых протекает процесс.

Значения коэффициентов диффузии D являются функцией свойств распределяемого вещества, свойств среды, через которую оно диффундирует, температуры и давления. Обычно величины D возрастают с увеличением температуры и понижением давления (для газов). В каждом конкретном случае значение коэффициента молекулярной диффузии определяют по опытным данным или по теоретическим и полуэмпирическим уравнениям [1–3] с учетом температуры и давления, при которых протекает процесс диффузии.

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Уравнение

Общий

Понимание задействованных терминов

Правая часть уравнения представляет собой сумму трех вкладов.

Общие упрощения

В обычной ситуации коэффициент диффузии постоянен, нет источников или стоков, а поле скорости описывает несжимаемый поток (т. Е. Имеет нулевую дивергенцию ). Тогда формула упрощается до:

что дает общее решение:

Стационарная версия

Вывод

Полный поток (в стационарной системе координат) определяется суммой этих двух:

Подключаемся к уравнению неразрывности:

Сложные явления перемешивания

Скорость в ответ на силу

Обычно средняя скорость прямо пропорциональна приложенной силе, что дает уравнение:

Вывод соотношения Эйнштейна.

Когда сила связана с потенциальной энергией F = −∇ U (см. Консервативная сила ), стационарное решение вышеуказанного уравнения (т. Е. 0 = R = ∂ c / ∂ т ) является:

(предполагая, что D и ζ постоянны). Другими словами, частиц с меньшей энергией больше. Ожидается, что этот профиль концентрации согласуется с распределением Больцмана (точнее, мерой Гиббса ). Исходя из этого предположения, можно доказать соотношение Эйнштейна :

Смолуховский уравнение конвекции-диффузии

Уравнение конвективной диффузии Смолуховского является стохастическим (Смолуховским) уравнением диффузии с дополнительным конвективным полем течения,

Как стохастическое дифференциальное уравнение

Численное решение

Подобные уравнения в других контекстах

В физике полупроводников

Коэффициент диффузии и подвижность связаны соотношением Эйнштейна, как указано выше:

Это уравнение может быть решено вместе с уравнением Пуассона численно.

Пример результатов решения уравнения дрейфовой диффузии показан справа. Когда свет падает на центр полупроводника, носители генерируются в середине и рассеиваются к двум концам. В этой структуре решается уравнение дрейфа-диффузии, а распределение электронной плотности показано на рисунке. Виден градиент несущей от центра к двум концам.

Источник