Молекулярна та конвективна дифузія

Швидкість масопередачі пов’язана з механізмом перенесення робочої речовини в фазах, між якими відбувається масообмін. Речовина переноситься всередині фази за рахунок молекулярної дифузії або за рахунок конвекції і молекулярної дифузії одночасно. За допомогою тільки молекулярної дифузії речовина переміщується лише в нерухомому середовищі. В рухомому середовищі перенесення речовини забезпечується як молекулярною дифузією, так і самим середовищем в напрямку його руху (або окремими його частинами в різних напрямках руху). Конвективне перенесення речовини, що здійснюється під дією турбулентних пульсацій, називають турбулентною дифузією.

Розрізняють два види процесів масообміну між фазами:

1. Масообмін між рідиною та газом (парою) або між двома рідинами, що не змішуються.

2. Масообмін між твердим тілом і рідиною, газом або парою.

Процес перенесення речовини з однієї фази можна представити таким чином (рис. 34). Нехай концентрація розподіляючої речовини у фазі є вищою від її рівноважної концентрації, і речовина переходить з фази в фазу . Розподіляюча речовина у фазі переноситься до поверхні розділення фаз, а у фазі переноситься від цієї поверхні. Перенесення речовини в обох фазах здійснюється за рахунок молекулярної дифузії (тобто дифузії молекул через шар носія) та шляхом конвективної дифузії (тобто рухомими частинками носія та розподіляючої речовини).

В кожній фазі розрізняють дві області:

- ядро – основна маса;

- граничний шар, який утворюється біля поверхні розділення фаз.

Перенесення розподіляючої речовини в ядрі фази, де відбувається інтенсивне перемішування, здійснюється переважно шляхом конвективної дифузії. Внаслідок інтенсивного перемішування в ядрі концентрація розподіляючої речовини є постійна. Граничний шар є областю різкої зміни концентрації розподіляючої речовини. Перенесення речовини в граничному шарі здійснюється шляхом конвективної та молекулярної дифузії. При наближенні до поверхні розділення фаз відбувається затухання конвективних потоків та зростає роль молекулярної дифузії. Концентрація речовини, яка розподіляється, у фазі зменшується від величини Y в ядрі потоку до величини Y_ГР на межі розділення фаз. В фазі концентрація речовини, яка розподіляється, зменшується від Х_ГР (на межі розділення фаз) до величини Х (в ядрі потоку). При встановленому процесі на межі розділення фаз спостерігається рівновага, тобто Y_ГР та Х_ГР набувають рівноважних значень.