Массатасымалдау
Кіріспеcі
1 Тасымалдау жайындағы жалпы түсініктер мен мағлұматтар
1.1 Жалпы тасымалдау құбылыстары жайында
1.2 Диффузия
2 Массатасымалдауды зерттеу әдістері
2.1 Газдардағы массатасымалдау
2.2 Тасымалдау коэффициенттерінің арасындағы қатынастар
1 Тасымалдау жайындағы жалпы түсініктер мен мағлұматтар
1.1 Жалпы тасымалдау құбылыстары жайында
1.2 Диффузия
2 Массатасымалдауды зерттеу әдістері
2.1 Газдардағы массатасымалдау
2.2 Тасымалдау коэффициенттерінің арасындағы қатынастар
Массаалмасу дегеніміз ол бір немесе бірнеше фаза аймағында кері айналмайтын тасымал масса компонентінің араласуы.
Хаостық қозғалыс молекуласының (мол.диффузия), макроскопиялық қозғалыс барлық ортада жүзеге асуының нәтижесінде, ал турбуленттік бөлімінде – хаостық қозғалыс құйынды түрінде сонымен қатар әртүрлі көлемге ие. Массаалмасу, массаберу (тасымал шекарадан терең фаза аймағына дейін) және массатасымалдау (ауыстыру бір фазадан келесі фазаға фаза аймағы арқылы өту) кірістіріледі. Эквимолярлы массаалмасу айырмашылығын (мысалы ректификация) қандай да бір аймағы арқылы фазаға қарама-қарсы бағыттағы бірдей сандағы компоненттерді және эквимолярлы емес (мысалы абсорбция). Массаалмасу негізгі әртүрлі процестер бөлімі және қалдық, бір класқа біріктірілу массаалмасу процесіне жатады. Мн. жылу алмасу: конденсация, булану, буландыру, балқу секілді құбылыстарды, сонымен қатар гидромехфиотация газдарды тазарту, араластыру – алып жүру массаалмасуға жатады.
Химиялық процесті жүргізу алдында массаауысу судағы жылдамдықты (су астында) в-в аймағының реакциясын және меншікті реакция өнімін анықтайды. Массаауысу кезінде көбіне екі немесе одан да көп фаза қатысады, қысқа концентрацияда тепе-теңдік күйден айрылады. Екі фазаның бір-біріне әсері сәйкес екінші бастаумен термодинамиканың олардың күйі өзгереді, бір қалыпты бағытқа қарап қысқа сипатталатын термодинамикалық теңелу және фазалық қысыммен, сонымен қатар химиялық потенциалдармен әрбір компонентте пайда болады. Ауысу компоненті азаю(кему) бағытында оның хим.потенциалында өтеді. Массаауысу сондай-ақ электрлік градиент потенциалы арқылы да іске асады (электровозда электрохимиялық процесте) теориялық (мысалы, термодиффузиялық бағанада изотопты болуы үшін) және т.б.
Бірақ, практикада қозғалыстағы күш – массаауысу қарапайым концентрация градиенті арқылы іске асады, не айтарлықтай жеңілдетеді, байланысты жылдамдық процесі мен технологиялық құрама бөлімі арасында. Қатарды қолдануға болады, концентрацияның қозғаушы күшін теориялық дәлелдеуге мүмкін.
Кез-келген массаауысудың анализ процесі есепке алу шарты тіршілігі берілген фаза саны және компоненттердің оларды үлестірілу заңы анықталмалы фаза ережесімен және тепе-теңдік заңымен түсіну үшін қажет. Термодинамикалық теорияда фазаның тепе-теңдігі өте жақсы жасалған, сонда да практикалық есептеуге қашанда ол мүмкін, эксперименталды мәліметті қатарда үмітпен пайдалануға болады, өткізілген түсініктеме әдебиетінде. Ұлғаю шартын массаауысу процесінде әр түрлі етіп шығару. Сонымен дистиляциядан алдын тікелей ұлғаю табылады, қаныққан бу және қайнаған сұйықтық.
Хаостық қозғалыс молекуласының (мол.диффузия), макроскопиялық қозғалыс барлық ортада жүзеге асуының нәтижесінде, ал турбуленттік бөлімінде – хаостық қозғалыс құйынды түрінде сонымен қатар әртүрлі көлемге ие. Массаалмасу, массаберу (тасымал шекарадан терең фаза аймағына дейін) және массатасымалдау (ауыстыру бір фазадан келесі фазаға фаза аймағы арқылы өту) кірістіріледі. Эквимолярлы массаалмасу айырмашылығын (мысалы ректификация) қандай да бір аймағы арқылы фазаға қарама-қарсы бағыттағы бірдей сандағы компоненттерді және эквимолярлы емес (мысалы абсорбция). Массаалмасу негізгі әртүрлі процестер бөлімі және қалдық, бір класқа біріктірілу массаалмасу процесіне жатады. Мн. жылу алмасу: конденсация, булану, буландыру, балқу секілді құбылыстарды, сонымен қатар гидромехфиотация газдарды тазарту, араластыру – алып жүру массаалмасуға жатады.
Химиялық процесті жүргізу алдында массаауысу судағы жылдамдықты (су астында) в-в аймағының реакциясын және меншікті реакция өнімін анықтайды. Массаауысу кезінде көбіне екі немесе одан да көп фаза қатысады, қысқа концентрацияда тепе-теңдік күйден айрылады. Екі фазаның бір-біріне әсері сәйкес екінші бастаумен термодинамиканың олардың күйі өзгереді, бір қалыпты бағытқа қарап қысқа сипатталатын термодинамикалық теңелу және фазалық қысыммен, сонымен қатар химиялық потенциалдармен әрбір компонентте пайда болады. Ауысу компоненті азаю(кему) бағытында оның хим.потенциалында өтеді. Массаауысу сондай-ақ электрлік градиент потенциалы арқылы да іске асады (электровозда электрохимиялық процесте) теориялық (мысалы, термодиффузиялық бағанада изотопты болуы үшін) және т.б.
Бірақ, практикада қозғалыстағы күш – массаауысу қарапайым концентрация градиенті арқылы іске асады, не айтарлықтай жеңілдетеді, байланысты жылдамдық процесі мен технологиялық құрама бөлімі арасында. Қатарды қолдануға болады, концентрацияның қозғаушы күшін теориялық дәлелдеуге мүмкін.
Кез-келген массаауысудың анализ процесі есепке алу шарты тіршілігі берілген фаза саны және компоненттердің оларды үлестірілу заңы анықталмалы фаза ережесімен және тепе-теңдік заңымен түсіну үшін қажет. Термодинамикалық теорияда фазаның тепе-теңдігі өте жақсы жасалған, сонда да практикалық есептеуге қашанда ол мүмкін, эксперименталды мәліметті қатарда үмітпен пайдалануға болады, өткізілген түсініктеме әдебиетінде. Ұлғаю шартын массаауысу процесінде әр түрлі етіп шығару. Сонымен дистиляциядан алдын тікелей ұлғаю табылады, қаныққан бу және қайнаған сұйықтық.
1. Лыков А.В. Тепломассообмен.-М.:Энергия.-1978.-480c.
2. Фриш С.Э., Тиморев А.В. Жалпы физика курсы. А-1971.
3. С.И.Исаев. «Теория тепломассообмена».
4. А.В.Лыков «Теория сушки». М:Энергия 1968г, с.472
5. Ілиясов Н. Жалпы физика курсы: Молекулалық физика. Бейсызық физика. Оқу құралы. – Алматы: «Білім», 2003. – 352 б.
2. Фриш С.Э., Тиморев А.В. Жалпы физика курсы. А-1971.
3. С.И.Исаев. «Теория тепломассообмена».
4. А.В.Лыков «Теория сушки». М:Энергия 1968г, с.472
5. Ілиясов Н. Жалпы физика курсы: Молекулалық физика. Бейсызық физика. Оқу құралы. – Алматы: «Білім», 2003. – 352 б.
Мазмұны
Кіріспеcі ----------------------------------- ------------------------------
------------------3
1 Тасымалдау жайындағы жалпы түсініктер мен мағлұматтар-------4
1.1 Жалпы тасымалдау құбылыстары жайында---------------------------- --
9
1.2 Диффузия--------------------------- --------------------------------
---------------14
2 Массатасымалдауды зерттеу әдістері--------------------------- ------------
---16
2.1 Газдардағы массатасымалдау-------------------- ---------------------
----------18
2.2 Тасымалдау коэффициенттерінің арасындағы қатынастар---------------
20
Кіріспе
Массатасымалдау
Массаалмасу дегеніміз ол бір немесе бірнеше фаза аймағында кері
айналмайтын тасымал масса компонентінің араласуы.
Хаостық қозғалыс молекуласының (мол.диффузия), макроскопиялық қозғалыс
барлық ортада жүзеге асуының нәтижесінде, ал турбуленттік бөлімінде –
хаостық қозғалыс құйынды түрінде сонымен қатар әртүрлі көлемге ие.
Массаалмасу, массаберу (тасымал шекарадан терең фаза аймағына дейін) және
массатасымалдау (ауыстыру бір фазадан келесі фазаға фаза аймағы арқылы өту)
кірістіріледі. Эквимолярлы массаалмасу айырмашылығын (мысалы ректификация)
қандай да бір аймағы арқылы фазаға қарама-қарсы бағыттағы бірдей сандағы
компоненттерді және эквимолярлы емес (мысалы абсорбция). Массаалмасу
негізгі әртүрлі процестер бөлімі және қалдық, бір класқа біріктірілу
массаалмасу процесіне жатады. Мн. жылу алмасу: конденсация, булану,
буландыру, балқу секілді құбылыстарды, сонымен қатар гидромехфиотация
газдарды тазарту, араластыру – алып жүру массаалмасуға жатады.
Химиялық процесті жүргізу алдында массаауысу судағы жылдамдықты (су
астында) в-в аймағының реакциясын және меншікті реакция өнімін анықтайды.
Массаауысу кезінде көбіне екі немесе одан да көп фаза қатысады, қысқа
концентрацияда тепе-теңдік күйден айрылады. Екі фазаның бір-біріне әсері
сәйкес екінші бастаумен термодинамиканың олардың күйі өзгереді, бір қалыпты
бағытқа қарап қысқа сипатталатын термодинамикалық теңелу және фазалық
қысыммен, сонымен қатар химиялық потенциалдармен әрбір компонентте пайда
болады. Ауысу компоненті азаю(кему) бағытында оның хим.потенциалында өтеді.
Массаауысу сондай-ақ электрлік градиент потенциалы арқылы да іске асады
(электровозда электрохимиялық процесте) теориялық (мысалы, термодиффузиялық
бағанада изотопты болуы үшін) және т.б.
Бірақ, практикада қозғалыстағы күш – массаауысу қарапайым концентрация
градиенті арқылы іске асады, не айтарлықтай жеңілдетеді, байланысты
жылдамдық процесі мен технологиялық құрама бөлімі арасында. Қатарды
қолдануға болады, концентрацияның қозғаушы күшін теориялық дәлелдеуге
мүмкін.
Кез-келген массаауысудың анализ процесі есепке алу шарты тіршілігі
берілген фаза саны және компоненттердің оларды үлестірілу заңы анықталмалы
фаза ережесімен және тепе-теңдік заңымен түсіну үшін қажет.
Термодинамикалық теорияда фазаның тепе-теңдігі өте жақсы жасалған, сонда да
практикалық есептеуге қашанда ол мүмкін, эксперименталды мәліметті қатарда
үмітпен пайдалануға болады, өткізілген түсініктеме әдебиетінде. Ұлғаю
шартын массаауысу процесінде әр түрлі етіп шығару. Сонымен дистиляциядан
алдын тікелей ұлғаю табылады, қаныққан бу және қайнаған сұйықтық.
Абсорбциялы процесте газды немесе сұйық қоспа бөлінеді, нәтижесінде
тәуірлеу сорбциядан компоненттердің біреуінен қатты абсорбентке дейін.
Қатаюды кристалдандыратын қатты фаза жолымен болу, бөліп алу үшін керекті
компонентке араластыру. Мембранда процесі болуының негізгі мүмкіндігіне
кейбір жіңішке ұлпаға немесе қарапайым түрге өткізу бір байланысты және
басқаларын ұстап тұру болады. Сушки операциясы сұйықтықтың
тасымалдануына, ішкі қатты денеге және будың келтіру заңына бағынады. Бұл
процестің барлығы, сонымен қатар иондық алмасу, сублимация т.б
біріктіріледі, жалпы кинетикалық заңдармен, массатасымалы фазааралық
жылдамдықпен анықталады. Соңғысы қозғалмайтын ортадағы молекулалардың
жылдамдығына, конвективті диффузия жылдамдығына – қозғалатын ортада,
сонымен қатар физикалық шарттың фазалық айиағына тәуелді.
Конвективті диффузия
Тасымалдау в – а қозғаушы ортада екі әртүрлі механизмдермен
қамтамасыз етілген. Өзіндік ерекшелігі, сұйықтағы концентрацияда
диффузиялық молекулаларды тартады, одан басқа жиілік в – а сұйықтықтағы
ерігіштік ұлғаяды, соңғысы оның қозғалысымен және онымен бірге ауысады.
Екеуінің жиынтық процестерін конвективті диффузия деп аталады.
Математикалық сипаттама үшін конвективті диффузия ламинарлық бөлімде
сығылмайтын сұйықтық мына түрде болады.
(1)
мұндағы СА – А компонентінің диффундық концентрациясы в мольм3
- уақыт в,с
- макроскопиялық ағыстың векторлық жылдамдығы
- набла (Гамильтон операторы)
- дивергенция
- дифференциалдық ағынның векторлық тығыздығы.
мөлшері келесі теңдеу бойынша анықталады.
=DABgrad CA, (2)
Мұндағы DAB А компонентінің молекула диффузиялық коэффиценті.в м2с
grad CA – концентрация градиенті.
Турбулентті ағын жағдайында (1) теңдеуге CA,және және көлемі
уақыт бойынша орташа мәнге ауысады, ол оң жақ теңдеуін толықтырады.
Дивергенция тығыздығы арқылы турбулентті ағын таралады. А компонентінің
(турбулентті дифференциалды қара). Енді турбулентті және молекулалы
диффузияны тәуелсіз қабылдауға болады, онда ол
(3)
Мұндағы - турбулентті дифференциалды коэффиценті. В м2c
Теңдеудің шешімі конвективті диффузиядан басқа бастапқы және шектеулі
шартта СА үшін жылдамдық ағынын білуді талап етеді. Соңғы талап шындыққа
жақын, сирек орындалатын және сол үшін қиын шешімдер теңдігіне (1) тек
қарапйым кезде алынады.
Химиялық реакция кезінде жүйенің оң жағындағы теңдік (1) мүшелерімен
толықтырылуы қажет, шығынмен сипатталатны компонент реакцияға бірлік
көлемінде бірлік уақытқа тең. Химиялық айналудың әсері және олардың
байланыс процестерінен массатасымалдау гетерогетті жүйеде қаты фаза мен
байланысты – макрокинетика. Массаалмасу күрделі химиялық реакциямен газ
сұйықтықты жүйеде қараймыз – абсорбция.
Массаберу коэффиценті
Көп жағдайда массаберу, әсіресе турбулентті ағынды немесе одан да тез
құлайтын градиентті концентрациясы орташа фаза бөлімі шекарасына жіңішке
қабатпен негізделеді. Осыны ескере отырып тасымалдау процестерінің шығынын
алып жүруге ыңғайлы болуы үшін, в – ва берілген фаза бойынша шекараФдан
терең ағын бөліміне дейін (ядро ағынында) немесе ядро ағынынан фазааралыққа
коэффицент массаберудің түрінде қатынасы диффузиялық ағынның тығыздығы
сипаттамалық айырмашылығы концентрацияның.
Онда , (4)
Мұндағы - фаза ағынының аймағында тепе-теңдік концентрациясы.
(4) ке қатысты массаберудің физикалық коэффиценті анықталады және
математикалық түсіндірілуі эксперимендатьды тұрақтандырылған факт, оны
кейде Щукарев заңы деп атайды.
Қозғаушы күш (4) теңдеуде массаберу әр түрлі бірлікте көрсетілген фаза
құрамының сипаттамасын қолдану үшін сәйкес көлемділігімен ауысады.
Келесі теңдеу қатынасын қорытайық.
(5)
Мұндағы - моль(м2с) өлшемін алады.
СА және САі – мольм3, - мс.
және - молярлық үлесі А компонентттерінің қатынасы ядро ағынына
және фаза бөлімінің шекарасына.
моль(м2с)
және - парциалды қысым. А компонентінің газдың фазада ядро
ағынына қатысты және фаза бөлімінің шекарасына.
- моль(м2сПа).
Мұны біле отырып фаза құрамының әр түрлі әдіспен түрлену арасында қатынасы,
массаберудің коэффицент мағынасын қайта санап шығу қиын емес.
Кез-келген жүйеде бірлік сандар жиынтығының теориялық тәуелділігі,
сондай-ақ экспериментальды, берілген фазада массаберу жылдамдығы үшін көбін
жазып алады.
ГАЗДАРДАҒЫ ТАСЫМАЛДАУ ҚҮБЫЛЫСТАРЫ
Молекулалардың озара соқтыгысуларының газдарда жүретін процестердегі
маңызы зор. Мысалы, газдың тепе-тең күйге ауысуы, оның молекулаларының
жылдамдықтарының әртүрлі болуы осы соқтығысулардың нөтижесі. Тәжірибе-
лермен дөлелденген, молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуінен,
газ молекулаларының жылдамдыктары жоғары болатыны байкалады. Мысалы, бөлме
температурасында азот молекулалары шамамен 500 мс, ал сутек молекулалары
2000мс жылдамдықтармен қозғалатыны анықталған. Бұл газдағы көптеген
процестердің баяу жүретініне және басқа да белгілі фактілерге қайшы нәтиже.
1. Тепе-тең күйде газдың температурасы, оның өн бойында бірдей, бұл
газды құрайтын бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы бірдей деген сөз.
Егер газдың бір жағы қыздырылса, ондағы тепе-тең күй бұзылады, ал қыздыруды
тоқтатса газ тепе-тең күйге қайта оралады. Бұл құбылыс, газды құрайтын
молекулалардың үздіксіз жылулық қозғалысынан және олардың өзара
соқтығысуларының салдарынан деп түсіндіріледі. Осыдан, тікелей араласу мен
конвекциялық жылу алмасу болмаған жағдайдағы, газдың қызған бөлігінен
салқын бөлігіне энергия ауысу процесі жылу өткізгіштік құбылысы деп
аталады. Молекулалардың жылдамдықтарының жоғары болуына қарамастан газдарда
жылу өткізгіштік құбылысы баяу жүреді.
2. Белгілі бір көлемдегі газға, температурасы сондай, бірақ
концентрациясы одан бөлектеу екінші бір газ аралассын делік. Тәжірибелер,
қосылған газдың барлық келемге түгел тараайтынын және біртекті қоспа
түзілетінін көрсетеді. Бұл құбылыс, яғни, макроскопиялық ауысулар жоқ
кездегі, газ молекулаларының біріне-бірі ену процесі, диффузия деп аталады.
Диффузияда масса тасымалданады. Газ молекулаларының жылдамдығына сәйкес бұл
процесте тез жүруі тиіс. Тәжірибелерден, керісінше, диффузия құбылысының да
баяу жүретіні байқалады. Егер газда конвекциялық ағын болмаса, олардың
атмосфералық қысымдағы араласуы бірнеше сағат немесе тәулік бойы жүреді.
3. Газ қабаттарына әртүрлі жылдамдықтар берілу арқылы, оның тепе-
теңдік қалпы бұзылсын. Осы кезде, газдың жылдам қозғалатын бөліктерінен
баяу қозғалатын бөліктеріне импульс тасылуы нәтижесінде, біршама уақыттан
соң, оны құрайтын барлық қабаттардың жылдамдыгы теңеледі. Бұл тұтқырлық
немесе ішкі үйкеліс құбылысы деп аталады. Тұтқырлық құбылы-сында, газдағы
ағыс жылдамдықтарының теңелуінің негізгі себебі, оны құрайтын
молекулалардың жылулық қозғалысы болып табылады.
Сонда, газ молекулаларының арасындағы ілінісу күштерінің әсерінен,
оның әртүрлі жылдамдыктармен қозғалатын қабаттарының арасында пайда болатын
үйкеліс күштерінің пайда болу процесі тұтқырлық деп аталады. Газ
молекулаларының жылдам қозғалатынына қарамастан, бұл құбылыста баяу жүреді.
Аталған қайшылықтың негізінде, молекулалардың еркін қозға-лысына кедергі
жасайтын, олардың өзара соқтығысулары жатады.
Газда, молекулалардың жылдамдықтары бойынша Максвеллше таралуына
әкелетін, тепе-тең күйдің орнауы массаның, энергияның және импульстің
бағытталған ауысуымен қабат жүреді. Ортада жүретін бұндай процестер
тасымалдау құбылыстары деп аталады. Оларға диффузия, тұтқырлық. Және жылу
өткізгіштік құбылыстары жатады. Тәжірибелерден, молекулалы-кинетикалық
теорияны пайдаланбай-ақ, газдардағы тасымалдау құбылыстарының заңдылықтары
тағайындалған.
а) Ішкі үйкеліс немесе тұтқырлық құбылысы
Газ ағыны ХҮ жазықтығына паралель оң бағытта қозғалсын. Ламинарлық
қозғалыста оның и жылдамдығы Z осі бойынша езгеріп отырады және соның
себебінен, газдың көршілес қабаттарының арасында әсерлесу күштері пайда
болады. Осы күштер ішкі үйкеліс күштері деп аталады және олар қабаттар
жанасатын ΔS ауданға, газ ағынының жылдамдык градиентіне dudz тура
пропорционал:
(11)
Пропорционалдық коэффициент η - ішкі щкеліс коэффициентпі деп аталады
жене оның өлшем бірлігі пуазейль (Пуаз), 1Пуаз = 1Па • с. Жылдамдық
градиенті, оның Z oci бойынша өзгеру тездігін сипаттайды. Аккан газ
қабаттарының әртүрлі қозғалыстағы реттелген қозғалысына, оның
молекулаларының бейберекет жылулық қозғалысы қосылады. Сондықтан, аққан
газдың импульсі бірі бейберекет, екіншісі бағытталған қозғалыстарға сәйкес
екі құраушыға бөлінеді. Егер температура тұрақты болса, молекула
импульсінің бейберекет қозғалысын сипаттайтын құраушысы уақыт бойынша
өзгермейді, ал оның импульсінің реттелген қозғалысына сәйкес құраушысы
жөнінде бұндай қорытынды жасауға болмайды.
Жылдамдықтары әртүрлі екі газ қабатынан, X осіне параллель жене одан z
қашықтықтан dS аудан бөлініп алынсын (3-сурет). Осы аудан арқылы жылдам
молекулалардың импульсі төменгі қабаттағы молекулаларға беріліп, олардың
жылдамдығын арттырады. Бұл кезде жылдам молекулалар тежеледі, ал аудан
арқылы тасымалданатын, импульс құраушысы молекуланың одан өтер алдындағы
жылдамдығымен анықталады.
Молекуланың соңғы соқтыгысуы dS ауданынан X қашықтықта байқалатыны
түсінікті. Сондықтан, төменгі қабаттағы газ ағынынан жоғарғы қабатқа отетін
молекуланың координатасы z - λ, ал жоғарыдан томенгі қабатка өтетін
молекуланың
3-сурет.
координатасы z +λ. Осыдан, төменнен жоғарыға карай бір молекула
ал кері қарай ти импульс күрашыларын тасымалдайды. Осы сиякты жорарры
қабаттан теменге
ал кері ти импульс құраушылары тасымалданады. Сонда бір қабаттан екіншісіне
берілетін импульс мөлшері жоғарғы формулалардың айырымына тең, яғни,
Импульстің толық өзгерісі, осы өрнекті dS ауданнан dt уақытта өткен
молекулалар санына көбейткенге тең.
Бұны есептеу үшін табанының ауданы dS, биіктігі молекулалардың орта
арифметикалық жылдамдығына тең параллелепипед қарастырылады. Молекулалардың
барлық бағыттағы қозғалу ықтималдығының теңдігінен, Z осі бойымен олардың
13 белігі және оның жартысы жоғары, яғни, паралелепипедтегі барлық
молекуланың 16 бөлігі, ал калған 16 бөлігі темен қозғалады. Егер барлық
көлемде газдын тығыздығы тұрақты болса, оның коңцентрациясы п0 өзгермейді.
Олай болса параллелепипедтегі молекулалардың саны nQυdS • dt ернегінен
табылады, ал dS ауданнан dt уақытта өтетін молекулалар саны мына өрнек
арқылы анықталады:
Сонда, бір қабаттан екіншісіне тасымалданатын импульстің толық
өзгерісі мына формуламен анықталады:
ал импульстін бір өлшем уақыттағы өзгерісі аркылы күш табылады:
Осы формуланы, феноменологиялық түрде тағайындалған, (11) өрнекпен
салыстыру ішкі үйкеліс коэффициентін береді:
(12)
р =mn0 - газдың тығыздығы, т - бір молекуланың массасы. Есептеулерде dS
ауданнан ететін молекулалардың тек оған нормаль бағытта қозғалғандары
ескерілді. Ал егер осы ауданнан оған қиғаш бағытталған молекулаларда
өтетіндігі ескерілсе, одан емес молекула ететіндігі байқалған.
Олай болса тұтқырлық коэффициентінің дәлірек мәні мынаған тең:
(13)
Газдың тығыздығы оның қысымына тура, ал λ оған кері пропорционал
болғандыктан тұтқырлық коэффициента қысымға тәуелсіз. Бұл біріншіден,
қысымға байланысты газ молекулаларының концентрациясынын кемуімен,
екіншіден, λ -ның өсуіне сәйкес қарсы бағытта тасымалданатын импульс
өзгерісінің артуымен түсіндіріледі. Газ тұтқырлығынын температураға
тәуелділігі орта арифметикалық жылдамдыкка байланысты, яғни, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспеcі ----------------------------------- ------------------------------
------------------3
1 Тасымалдау жайындағы жалпы түсініктер мен мағлұматтар-------4
1.1 Жалпы тасымалдау құбылыстары жайында---------------------------- --
9
1.2 Диффузия--------------------------- --------------------------------
---------------14
2 Массатасымалдауды зерттеу әдістері--------------------------- ------------
---16
2.1 Газдардағы массатасымалдау-------------------- ---------------------
----------18
2.2 Тасымалдау коэффициенттерінің арасындағы қатынастар---------------
20
Кіріспе
Массатасымалдау
Массаалмасу дегеніміз ол бір немесе бірнеше фаза аймағында кері
айналмайтын тасымал масса компонентінің араласуы.
Хаостық қозғалыс молекуласының (мол.диффузия), макроскопиялық қозғалыс
барлық ортада жүзеге асуының нәтижесінде, ал турбуленттік бөлімінде –
хаостық қозғалыс құйынды түрінде сонымен қатар әртүрлі көлемге ие.
Массаалмасу, массаберу (тасымал шекарадан терең фаза аймағына дейін) және
массатасымалдау (ауыстыру бір фазадан келесі фазаға фаза аймағы арқылы өту)
кірістіріледі. Эквимолярлы массаалмасу айырмашылығын (мысалы ректификация)
қандай да бір аймағы арқылы фазаға қарама-қарсы бағыттағы бірдей сандағы
компоненттерді және эквимолярлы емес (мысалы абсорбция). Массаалмасу
негізгі әртүрлі процестер бөлімі және қалдық, бір класқа біріктірілу
массаалмасу процесіне жатады. Мн. жылу алмасу: конденсация, булану,
буландыру, балқу секілді құбылыстарды, сонымен қатар гидромехфиотация
газдарды тазарту, араластыру – алып жүру массаалмасуға жатады.
Химиялық процесті жүргізу алдында массаауысу судағы жылдамдықты (су
астында) в-в аймағының реакциясын және меншікті реакция өнімін анықтайды.
Массаауысу кезінде көбіне екі немесе одан да көп фаза қатысады, қысқа
концентрацияда тепе-теңдік күйден айрылады. Екі фазаның бір-біріне әсері
сәйкес екінші бастаумен термодинамиканың олардың күйі өзгереді, бір қалыпты
бағытқа қарап қысқа сипатталатын термодинамикалық теңелу және фазалық
қысыммен, сонымен қатар химиялық потенциалдармен әрбір компонентте пайда
болады. Ауысу компоненті азаю(кему) бағытында оның хим.потенциалында өтеді.
Массаауысу сондай-ақ электрлік градиент потенциалы арқылы да іске асады
(электровозда электрохимиялық процесте) теориялық (мысалы, термодиффузиялық
бағанада изотопты болуы үшін) және т.б.
Бірақ, практикада қозғалыстағы күш – массаауысу қарапайым концентрация
градиенті арқылы іске асады, не айтарлықтай жеңілдетеді, байланысты
жылдамдық процесі мен технологиялық құрама бөлімі арасында. Қатарды
қолдануға болады, концентрацияның қозғаушы күшін теориялық дәлелдеуге
мүмкін.
Кез-келген массаауысудың анализ процесі есепке алу шарты тіршілігі
берілген фаза саны және компоненттердің оларды үлестірілу заңы анықталмалы
фаза ережесімен және тепе-теңдік заңымен түсіну үшін қажет.
Термодинамикалық теорияда фазаның тепе-теңдігі өте жақсы жасалған, сонда да
практикалық есептеуге қашанда ол мүмкін, эксперименталды мәліметті қатарда
үмітпен пайдалануға болады, өткізілген түсініктеме әдебиетінде. Ұлғаю
шартын массаауысу процесінде әр түрлі етіп шығару. Сонымен дистиляциядан
алдын тікелей ұлғаю табылады, қаныққан бу және қайнаған сұйықтық.
Абсорбциялы процесте газды немесе сұйық қоспа бөлінеді, нәтижесінде
тәуірлеу сорбциядан компоненттердің біреуінен қатты абсорбентке дейін.
Қатаюды кристалдандыратын қатты фаза жолымен болу, бөліп алу үшін керекті
компонентке араластыру. Мембранда процесі болуының негізгі мүмкіндігіне
кейбір жіңішке ұлпаға немесе қарапайым түрге өткізу бір байланысты және
басқаларын ұстап тұру болады. Сушки операциясы сұйықтықтың
тасымалдануына, ішкі қатты денеге және будың келтіру заңына бағынады. Бұл
процестің барлығы, сонымен қатар иондық алмасу, сублимация т.б
біріктіріледі, жалпы кинетикалық заңдармен, массатасымалы фазааралық
жылдамдықпен анықталады. Соңғысы қозғалмайтын ортадағы молекулалардың
жылдамдығына, конвективті диффузия жылдамдығына – қозғалатын ортада,
сонымен қатар физикалық шарттың фазалық айиағына тәуелді.
Конвективті диффузия
Тасымалдау в – а қозғаушы ортада екі әртүрлі механизмдермен
қамтамасыз етілген. Өзіндік ерекшелігі, сұйықтағы концентрацияда
диффузиялық молекулаларды тартады, одан басқа жиілік в – а сұйықтықтағы
ерігіштік ұлғаяды, соңғысы оның қозғалысымен және онымен бірге ауысады.
Екеуінің жиынтық процестерін конвективті диффузия деп аталады.
Математикалық сипаттама үшін конвективті диффузия ламинарлық бөлімде
сығылмайтын сұйықтық мына түрде болады.
(1)
мұндағы СА – А компонентінің диффундық концентрациясы в мольм3
- уақыт в,с
- макроскопиялық ағыстың векторлық жылдамдығы
- набла (Гамильтон операторы)
- дивергенция
- дифференциалдық ағынның векторлық тығыздығы.
мөлшері келесі теңдеу бойынша анықталады.
=DABgrad CA, (2)
Мұндағы DAB А компонентінің молекула диффузиялық коэффиценті.в м2с
grad CA – концентрация градиенті.
Турбулентті ағын жағдайында (1) теңдеуге CA,және және көлемі
уақыт бойынша орташа мәнге ауысады, ол оң жақ теңдеуін толықтырады.
Дивергенция тығыздығы арқылы турбулентті ағын таралады. А компонентінің
(турбулентті дифференциалды қара). Енді турбулентті және молекулалы
диффузияны тәуелсіз қабылдауға болады, онда ол
(3)
Мұндағы - турбулентті дифференциалды коэффиценті. В м2c
Теңдеудің шешімі конвективті диффузиядан басқа бастапқы және шектеулі
шартта СА үшін жылдамдық ағынын білуді талап етеді. Соңғы талап шындыққа
жақын, сирек орындалатын және сол үшін қиын шешімдер теңдігіне (1) тек
қарапйым кезде алынады.
Химиялық реакция кезінде жүйенің оң жағындағы теңдік (1) мүшелерімен
толықтырылуы қажет, шығынмен сипатталатны компонент реакцияға бірлік
көлемінде бірлік уақытқа тең. Химиялық айналудың әсері және олардың
байланыс процестерінен массатасымалдау гетерогетті жүйеде қаты фаза мен
байланысты – макрокинетика. Массаалмасу күрделі химиялық реакциямен газ
сұйықтықты жүйеде қараймыз – абсорбция.
Массаберу коэффиценті
Көп жағдайда массаберу, әсіресе турбулентті ағынды немесе одан да тез
құлайтын градиентті концентрациясы орташа фаза бөлімі шекарасына жіңішке
қабатпен негізделеді. Осыны ескере отырып тасымалдау процестерінің шығынын
алып жүруге ыңғайлы болуы үшін, в – ва берілген фаза бойынша шекараФдан
терең ағын бөліміне дейін (ядро ағынында) немесе ядро ағынынан фазааралыққа
коэффицент массаберудің түрінде қатынасы диффузиялық ағынның тығыздығы
сипаттамалық айырмашылығы концентрацияның.
Онда , (4)
Мұндағы - фаза ағынының аймағында тепе-теңдік концентрациясы.
(4) ке қатысты массаберудің физикалық коэффиценті анықталады және
математикалық түсіндірілуі эксперимендатьды тұрақтандырылған факт, оны
кейде Щукарев заңы деп атайды.
Қозғаушы күш (4) теңдеуде массаберу әр түрлі бірлікте көрсетілген фаза
құрамының сипаттамасын қолдану үшін сәйкес көлемділігімен ауысады.
Келесі теңдеу қатынасын қорытайық.
(5)
Мұндағы - моль(м2с) өлшемін алады.
СА және САі – мольм3, - мс.
және - молярлық үлесі А компонентттерінің қатынасы ядро ағынына
және фаза бөлімінің шекарасына.
моль(м2с)
және - парциалды қысым. А компонентінің газдың фазада ядро
ағынына қатысты және фаза бөлімінің шекарасына.
- моль(м2сПа).
Мұны біле отырып фаза құрамының әр түрлі әдіспен түрлену арасында қатынасы,
массаберудің коэффицент мағынасын қайта санап шығу қиын емес.
Кез-келген жүйеде бірлік сандар жиынтығының теориялық тәуелділігі,
сондай-ақ экспериментальды, берілген фазада массаберу жылдамдығы үшін көбін
жазып алады.
ГАЗДАРДАҒЫ ТАСЫМАЛДАУ ҚҮБЫЛЫСТАРЫ
Молекулалардың озара соқтыгысуларының газдарда жүретін процестердегі
маңызы зор. Мысалы, газдың тепе-тең күйге ауысуы, оның молекулаларының
жылдамдықтарының әртүрлі болуы осы соқтығысулардың нөтижесі. Тәжірибе-
лермен дөлелденген, молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуінен,
газ молекулаларының жылдамдыктары жоғары болатыны байкалады. Мысалы, бөлме
температурасында азот молекулалары шамамен 500 мс, ал сутек молекулалары
2000мс жылдамдықтармен қозғалатыны анықталған. Бұл газдағы көптеген
процестердің баяу жүретініне және басқа да белгілі фактілерге қайшы нәтиже.
1. Тепе-тең күйде газдың температурасы, оның өн бойында бірдей, бұл
газды құрайтын бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы бірдей деген сөз.
Егер газдың бір жағы қыздырылса, ондағы тепе-тең күй бұзылады, ал қыздыруды
тоқтатса газ тепе-тең күйге қайта оралады. Бұл құбылыс, газды құрайтын
молекулалардың үздіксіз жылулық қозғалысынан және олардың өзара
соқтығысуларының салдарынан деп түсіндіріледі. Осыдан, тікелей араласу мен
конвекциялық жылу алмасу болмаған жағдайдағы, газдың қызған бөлігінен
салқын бөлігіне энергия ауысу процесі жылу өткізгіштік құбылысы деп
аталады. Молекулалардың жылдамдықтарының жоғары болуына қарамастан газдарда
жылу өткізгіштік құбылысы баяу жүреді.
2. Белгілі бір көлемдегі газға, температурасы сондай, бірақ
концентрациясы одан бөлектеу екінші бір газ аралассын делік. Тәжірибелер,
қосылған газдың барлық келемге түгел тараайтынын және біртекті қоспа
түзілетінін көрсетеді. Бұл құбылыс, яғни, макроскопиялық ауысулар жоқ
кездегі, газ молекулаларының біріне-бірі ену процесі, диффузия деп аталады.
Диффузияда масса тасымалданады. Газ молекулаларының жылдамдығына сәйкес бұл
процесте тез жүруі тиіс. Тәжірибелерден, керісінше, диффузия құбылысының да
баяу жүретіні байқалады. Егер газда конвекциялық ағын болмаса, олардың
атмосфералық қысымдағы араласуы бірнеше сағат немесе тәулік бойы жүреді.
3. Газ қабаттарына әртүрлі жылдамдықтар берілу арқылы, оның тепе-
теңдік қалпы бұзылсын. Осы кезде, газдың жылдам қозғалатын бөліктерінен
баяу қозғалатын бөліктеріне импульс тасылуы нәтижесінде, біршама уақыттан
соң, оны құрайтын барлық қабаттардың жылдамдыгы теңеледі. Бұл тұтқырлық
немесе ішкі үйкеліс құбылысы деп аталады. Тұтқырлық құбылы-сында, газдағы
ағыс жылдамдықтарының теңелуінің негізгі себебі, оны құрайтын
молекулалардың жылулық қозғалысы болып табылады.
Сонда, газ молекулаларының арасындағы ілінісу күштерінің әсерінен,
оның әртүрлі жылдамдыктармен қозғалатын қабаттарының арасында пайда болатын
үйкеліс күштерінің пайда болу процесі тұтқырлық деп аталады. Газ
молекулаларының жылдам қозғалатынына қарамастан, бұл құбылыста баяу жүреді.
Аталған қайшылықтың негізінде, молекулалардың еркін қозға-лысына кедергі
жасайтын, олардың өзара соқтығысулары жатады.
Газда, молекулалардың жылдамдықтары бойынша Максвеллше таралуына
әкелетін, тепе-тең күйдің орнауы массаның, энергияның және импульстің
бағытталған ауысуымен қабат жүреді. Ортада жүретін бұндай процестер
тасымалдау құбылыстары деп аталады. Оларға диффузия, тұтқырлық. Және жылу
өткізгіштік құбылыстары жатады. Тәжірибелерден, молекулалы-кинетикалық
теорияны пайдаланбай-ақ, газдардағы тасымалдау құбылыстарының заңдылықтары
тағайындалған.
а) Ішкі үйкеліс немесе тұтқырлық құбылысы
Газ ағыны ХҮ жазықтығына паралель оң бағытта қозғалсын. Ламинарлық
қозғалыста оның и жылдамдығы Z осі бойынша езгеріп отырады және соның
себебінен, газдың көршілес қабаттарының арасында әсерлесу күштері пайда
болады. Осы күштер ішкі үйкеліс күштері деп аталады және олар қабаттар
жанасатын ΔS ауданға, газ ағынының жылдамдык градиентіне dudz тура
пропорционал:
(11)
Пропорционалдық коэффициент η - ішкі щкеліс коэффициентпі деп аталады
жене оның өлшем бірлігі пуазейль (Пуаз), 1Пуаз = 1Па • с. Жылдамдық
градиенті, оның Z oci бойынша өзгеру тездігін сипаттайды. Аккан газ
қабаттарының әртүрлі қозғалыстағы реттелген қозғалысына, оның
молекулаларының бейберекет жылулық қозғалысы қосылады. Сондықтан, аққан
газдың импульсі бірі бейберекет, екіншісі бағытталған қозғалыстарға сәйкес
екі құраушыға бөлінеді. Егер температура тұрақты болса, молекула
импульсінің бейберекет қозғалысын сипаттайтын құраушысы уақыт бойынша
өзгермейді, ал оның импульсінің реттелген қозғалысына сәйкес құраушысы
жөнінде бұндай қорытынды жасауға болмайды.
Жылдамдықтары әртүрлі екі газ қабатынан, X осіне параллель жене одан z
қашықтықтан dS аудан бөлініп алынсын (3-сурет). Осы аудан арқылы жылдам
молекулалардың импульсі төменгі қабаттағы молекулаларға беріліп, олардың
жылдамдығын арттырады. Бұл кезде жылдам молекулалар тежеледі, ал аудан
арқылы тасымалданатын, импульс құраушысы молекуланың одан өтер алдындағы
жылдамдығымен анықталады.
Молекуланың соңғы соқтыгысуы dS ауданынан X қашықтықта байқалатыны
түсінікті. Сондықтан, төменгі қабаттағы газ ағынынан жоғарғы қабатқа отетін
молекуланың координатасы z - λ, ал жоғарыдан томенгі қабатка өтетін
молекуланың
3-сурет.
координатасы z +λ. Осыдан, төменнен жоғарыға карай бір молекула
ал кері қарай ти импульс күрашыларын тасымалдайды. Осы сиякты жорарры
қабаттан теменге
ал кері ти импульс құраушылары тасымалданады. Сонда бір қабаттан екіншісіне
берілетін импульс мөлшері жоғарғы формулалардың айырымына тең, яғни,
Импульстің толық өзгерісі, осы өрнекті dS ауданнан dt уақытта өткен
молекулалар санына көбейткенге тең.
Бұны есептеу үшін табанының ауданы dS, биіктігі молекулалардың орта
арифметикалық жылдамдығына тең параллелепипед қарастырылады. Молекулалардың
барлық бағыттағы қозғалу ықтималдығының теңдігінен, Z осі бойымен олардың
13 белігі және оның жартысы жоғары, яғни, паралелепипедтегі барлық
молекуланың 16 бөлігі, ал калған 16 бөлігі темен қозғалады. Егер барлық
көлемде газдын тығыздығы тұрақты болса, оның коңцентрациясы п0 өзгермейді.
Олай болса параллелепипедтегі молекулалардың саны nQυdS • dt ернегінен
табылады, ал dS ауданнан dt уақытта өтетін молекулалар саны мына өрнек
арқылы анықталады:
Сонда, бір қабаттан екіншісіне тасымалданатын импульстің толық
өзгерісі мына формуламен анықталады:
ал импульстін бір өлшем уақыттағы өзгерісі аркылы күш табылады:
Осы формуланы, феноменологиялық түрде тағайындалған, (11) өрнекпен
салыстыру ішкі үйкеліс коэффициентін береді:
(12)
р =mn0 - газдың тығыздығы, т - бір молекуланың массасы. Есептеулерде dS
ауданнан ететін молекулалардың тек оған нормаль бағытта қозғалғандары
ескерілді. Ал егер осы ауданнан оған қиғаш бағытталған молекулаларда
өтетіндігі ескерілсе, одан емес молекула ететіндігі байқалған.
Олай болса тұтқырлық коэффициентінің дәлірек мәні мынаған тең:
(13)
Газдың тығыздығы оның қысымына тура, ал λ оған кері пропорционал
болғандыктан тұтқырлық коэффициента қысымға тәуелсіз. Бұл біріншіден,
қысымға байланысты газ молекулаларының концентрациясынын кемуімен,
екіншіден, λ -ның өсуіне сәйкес қарсы бағытта тасымалданатын импульс
өзгерісінің артуымен түсіндіріледі. Газ тұтқырлығынын температураға
тәуелділігі орта арифметикалық жылдамдыкка байланысты, яғни, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz