Modda o‘tish usullari. Molekulyar diffuziya. Turbulent diffuziya

Modda o‘tkazish jarayonlarining asosiy tenglamasi.

Modda o‘tkazish koeffitsenti
Modda o‘tkazish jarayonlarini tezlatish tegishli qurilmalarning ish hajmi birligiga nisbatan olingan bir qator kattaliklarga bog‘liq, ya`ni tayyor maxsulot ishlab chiqarishning ko‘payishi, yoqilg‘i, bug‘, xom ashyo va energiya sarflarining kamayishi, qurilmani tayyorlash uchun sarflanadigan metallning miqdori va hokazo. Bundan tashqari, tezlatish samaradorligini aniqlashda nazorat o‘lchov asboblari va avtomatlashtirish uchun ketgan sarflar, qurilmaning murakkabligi va uning qismlarini tayyorlash imkoniyatlari, qurilmani ishlatish va uni boshqarish uchun zarur ishchi kuchiga sarflar hisobga olinadi.
Modda almashinish qurilmalarining ishini tezlatish uchun ularda kechadigan fizik jarayonlarning fizik mohiyatini chuqur o‘rganish kerak. Modda o‘tkazishning asosiy tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega:


(6.32)

Ushbu tenglamaga ko‘ra, bir fazadan ikkinchi fazaga o‘tgan moddaning miqdori M fazalarning kontakt yuzasi F ga, modda o‘tkazish koeffitsient K ga va harakatlantiruvchi kuch s ga to‘g‘ri proportsional bog‘langan. Shu sababli har bir konkret sharoit uchun jarayonni tezlatishning tegishli usulini ishlatish maqsadga muvofiqdir.

Modda almashinish jarayonlarini tezlatishda fazalarning kontakt yuzasini ko‘paytirish katta ahamiyatga ega. Qattiq fazali sistemalar (adsorbtsiya, kristallanish, quritish, ekstraktsiyalash, eritish) dagi fazalarning kontakt yuzasini ko‘paytirish uchun qattiq zarrachalarni maydalash kerak. Qattiq zarrachalarning o‘lchami kichrayishi bilan jarayonning tezligi ko‘payadi. Biroq, zarrachaning o‘lchamini juda ham kichraytirib yuborish yaramaydi, chunki bunda qurilma ichida gidravlik qarshilik ortib ketib, suyuqlik fazada qattiq modda zarachalarining kontsentratsiyasi ko‘payadi (natijada suyuq fazani fil’trlash qiyinlashadi). Muayyan texnologik jarayon uchun qattiq zarrachaning optimal o‘lchamlari tajriba yo‘li bilan topiladi.
Suyuqlik – suyuqlik sistemasi uchun jarayonlar (masalan, suyuqliklarni ekstraktsiyalash) ning kontakt yuzasini ko‘paytirishda fazalarning birtasi mayda zarrachalarga ajratiladi. Suyuqlik – gaz (bug‘) sistemalaridagi jarayonlar (adsorbtsiya, rektifikatsiya) ning kontakt yuzasini ko‘paytirish uchun suyuqlik qurilmaga sochilib beriladi, ya’ni ko‘pikli va emul’siya rejimlari hosil qilinadi; bunda qo‘zg‘aluvchan nasadkadan foydalaniladi.
Harakatlantiruvchi kuchni ko‘paytirish uchun oqimlarning harakat yo‘nalishini to‘g‘ri tanlash kerak. Modda almashinish jarayonining tezligini quyidagi ifoda bilan topish mumkin:


(6.33)

Bu tenglamadan ko‘rinib turibdiki, jarayonning tezligi o‘rtacha harakatlantiruvchi kuchga to‘g‘ri proportsional bog‘langan. Harakatlantiruvchi kuchning qiymati qurilmadagi moddiy oqimlarning xarakteriga, ularning yo‘nalishi va fazalarni aralashtirish usuliga bog‘liq.

Moddiy oqimlar bir - biriga nisbatan ideal ravishda qarama - qarshi yo‘nalgan bo‘lsa (bunday holat ideal siqib chiqarish rejimiga mansub), qurilmada borayotgan jarayon oqimning yo‘nalishi (yoki qurilmaning balandligi) bo‘yicha kontsentratsiyalarning eng katta gradientiga ega bo‘ladi. Bunda modda almashinish jarayoni harakatlantiruvchi kuchning maksimal qiymati bilan davom etadi. Ammo real qurilmalarda qarama - qarshi oqimlarning harakati ideal siqib chiqarish rejimidan ma’lum darajada chetlashgan bo‘ladi, natijada qurilmaning balandligi bo‘yicha ikkala fazaning kontsentratsiyalar gradienti kamayadi. Bunda modda almashinish jarayonining o‘rtacha harakatlantiruvchi kuchi ham kamayadi. Demak harakatlantiruvchi kuchni maksimal qiymatgacha ko‘paytirish uchun jarayonni ideal siqib chiqarish holatiga yaqin rejimda olib borish maqsadga muvofiq ekan.
Modda o‘tkazish koeffitsienti asosan quyidagi kattaliklarga bog‘liq:
(6.34)

bu erda , - fazalardagi modda berish koeffitsentlari; , - har bir faza tomonidagi chegara qatlamining qalinligi.

Jarayonni tezlatish uchun va qiymatlarini ko‘paytirish, va ning qiymatlarini esa kamaytirish zarur.
Modda berish koeffitsentlarini oshirish uchun jarayonni turbulent rejimda olib borish kerak. Turbulentlikni ko‘paytirish uchun moddiy oqimlar tezligini oshirish va temperaturani ko‘tarish lozim. Temperatura oshirilganda qovushqoqlik va sirt taranglik kuchi kamayadi. Sistemaning turbulentligi oshganda uyurma oqimlar hosil bo‘ladi, bu hol chegara qatlamlar qalinligining kamayishiga va fazalar kontakt yuzalarining yangilanishiga olib keladi.
Shunday qilib, turbulentlik rejimi ortishi va fazalar kontakt yuzalarining yangilanishi sababli modda o‘tkazish koeffitsientining qiymati orta boradi. Bundan tashqari, modda o‘tkazish koeffitsientining ortishiga qo‘shimcha impul’slar ham ta’sir qiladi.
Modda almashinish jarayonining tezligini oshirishga sabab bo‘ladigan qo‘shimcha impul’slarga quyidagilar kiradi: geterogen sistemalarda mavhum qaynash qatlamini qo‘llash, elektromagnit va ul’tratovush maydon ta’siridan foydalanish, mexanik tebranishlar (pul’satsiya va vibratsiya tebranishlari) ni ishlatish, o‘zgaruvchan temperatura maydonini hosil qilish va xokazo.