To tylko jedna z 7 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Przenoszenie masy- procesy dyfuzyjne i konwekcyjne
Kolejny filar inż. chemicznej: procesy przenoszenia masy- procesy dyfuzyjne. Ważne procesy, bo w inżynierii bioprocesowej mamy do czynienia z 1 bardzo ważnym elementem przenoszenia masy w hodowli napowietrzanej- z procesem absorpcji tlenu w podłoże fermentacyjne. Absorpcja- proces, którego elementem jest ruch masy, cząsteczki z fazy gazowej przechodzą do fazy ciekłej. O ruchu masy możemy powiedzieć, że dana substancja jest transportowana z jednej fazy do drugiej:
Np. z fazy gazowej do fazy ciekłej
Z fazy ciekłej do fazy stałej
Ewentualnie nawet z fazy gazowej do stałej.
Konkretna substancja konkretna cząsteczka chemiczna czy to będzie tlen, azot czy CO2. Tymi procesami rządzi:
Mechanizm dyfuzji, jako mechanizm cząsteczkowy, analogicznie do przewodzenia ciepła
Mechanizm wnikania masy analogicznie do wnikania ciepła. Przewodzenie ciepła obejmuje 2 mechanizmy: dyfuzji i wnikania ciepła.
Co musi się stać żeby nastąpił ruch cząsteczek w przestrzeni, czasie? Siłą napędową procesów ruchu masy jest różnica stężeń. Zawsze od wyższego stężenia w kierunku niższego mamy do czynienia z dyfuzją bądź konwekcją. (Przy procesach mechaniki płynów siłą napędową byłą różnica ciśnień). Ruch masy opisuje I prawo Ficka (inaczej dyfuzja równomolowa):
wA= -DAB x (dcA / dX) kmol lub kg / (m2 x s)
wA= (DAB / δ) x (cA1 - cA2)
wA- strumień masy jest wyrażony w [kmol/ m2 x s] lub [kg/ m2 x s] zależy od tego jaką chcemy użyć jednostkę materii. DAB - kinematyczny współczynnik dyfuzji [m2/s], jak jest DA to tyczy się to dyfuzji przez składniki inertne, które nie dyfundują, tylko A dyfunduje. Tu mamy DAB bo dyfuzji składnika A towarzyszy dyfuzja składnika B (1 idzie w jednym kierunku, 2 idzie w innym kierunku). „-„ minus w równaniu jest po to aby współczynnik proporcjonalności był dodatni
Jest ono wyrażone w sposób analogiczny do równania Fouriera (wystarczy zmienić symbole). Strumień masy wA jest wprost proporcjonalny do różnicy stężeń składnika dyfundującego- składnika A, składnik, który podlega ruchowi masy. Ulega dyfuzji z 1 punktu do 2.
Podobieństwo do równania Fouriera:
Widząc analogie prawa Ficka do równania Fouriera: Q= - λ x A x (dT / dX)
I dla jednostek też [W/ m2] = [J/ s x m2]
Przekształcając równanie Fouriera otrzymujemy podobną do równania Ficka postać [Q/A]= -λ x (dT / dX)
I do prawa Newtona też: τ = u x (du / dX) przenoszenie pędu
(…)
… nasze wyprowadzenie i wyznaczenie strumienia masy. 1) Jeżeli gaz dobrze się rozpuszcza w cieczy to w błonce ciekłej nie ma żadnego gradientu stężeń, bo on się tak szybko rozpuszcza, że w błonce ciekłej nie zdąży się zrobić różnica stężeń. Jeżeli po stronie ciekłej nie ma gradientu stężeń wtedy (np. rozpuszczanie HCl, H2S w wodzie) po stronie fazy ciekłej nie ma oporu ruchu masy i nasze KL jest bardzo duże…
… i L, znamy zależność między YA i XA Wpływ temp na rozpuszczalność- bardziej strome krzywe przy wyższych temperaturach. Tę zależność opisuje tzw. prawo Henry'ego, to nie jest zależność zwykle liniowa, ale dla naszych rozważań w naszym zakresie stężeń przyjmiemy to jako zależność liniową. Wraz ze wzrostem temperatury maleje rozpuszczalność gazów w cieczy. Zatem udział naszego rozpuszczalnego składnika…
… faz nie są w równowadze, ponieważ ten punkt leży poza krzywą równowagi
2) XiA, YiA Punkt stężeń na granicy faz, są w stanie równowagi termodynamicznej, przechodzą przez krzywą. Skorzystamy z tych zależności żeby wyprowadzić nasze równanie przenikania masy tak, żeby wartości na granicy faz zastąpić przewidywalnymi, obliczalnymi. Tak aby siła napędowa była wyrażana jako konkretne stężenia równowagowe…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)