Mărimi și ecuații fundamentale

Flux masic, flux masic unitar

Componentul transferat în cantitatea cea mai mare poartă denumirea de solut sau component activ, ceilalţi componenţi purtând denumirea de inerţi sau componenţi inactivi.

Fluxul de substanţă al solutului (JS) reprezintă cantitatea de solut care difuzează în unitatea de timp:

Flux masic, flux masic unitar

m = cantitatea de solut transferată,

t = timpul.

Fluxul de masă se poate exprima în:

kg/s,

kmoli/s,

m3/s,

după cum cantitatea transferată m este exprimată în:

kg,

kmoli,

m3.

Flux masic, flux masic unitar

Fluxul unitar de substanţă al solutului (jS) (denumit şi viteză de difuziune sau viteză de transfer) este definit ca fiind cantitatea de substanţă transferată în unitatea de timp printr‑o unitate de suprafaţă (A):

Fluxul unitar de substanţă se exprimă, în funcţie de unitatea de măsură a cantităţii de solut, în kg/(m2.s), kmoli/(m2.s), sau m3/(m2.s).

Mecanisme de transfer de masă

Legile transferului de masă = relaţii între:

fluxurile de substanţă transportată şi gradientul de concentraţie (mecanism difuzional);

fluxurile de masă şi produsul dintre concentraţie şi viteză (mecanism convectiv).

Mecanisme de transfer de masă

Mecanismul transferului de masă este influenţat de condiţiile hidrodinamice din sistem:

în sisteme stagnante, transportul unei specii moleculare se realizează prin difuziune moleculară;

În sisteme dinamice (faze aflate în mişcare), transferul de masă are loc ca efect al deplasării şi amestecării speciilor moleculare, concomitent cu macroparticulele de fluid, prin difuziune convectivă.

Difuziunea moleculară

rezultă din deplasarea individuală, dezordonată a moleculelor printr‑un mediu, datorită energiei termice.

ciocnirile cu celelalte molecule fac ca deplasarea să se realizeze în zig-zag, cu frecvente schimbări de viteză, atât ca mărime, cât şi ca sens.

viteza de difuziune este mică, ea crescând cu:

creşterea temperaturii (deoarece creşte viteza moleculelor)

scăderea presiunii (deoarece scade frecvenţa ciocnirilor).

Difuziunea moleculară

poate fi definită ca fiind deplasarea reciprocă a componenţilor în interiorul unui amestec datorită lipsei de echilibru în toate punctele sale.

Această lipsă locală de echilibru se poate datora:

existenţei unui gradient de concentraţie – difuziune moleculară (ordinară);

existenţei unui gradient de temperatură – difuziune termică (termodifuziune);

existenţei unui gradient de presiune – difuziune de presiune;

acţiunii diferenţiate a unor forţe exterioare asupra componentelor amestecului – difuziune forţată.

Difuziunea moleculară

Intensitatea transportului de substanţă este cu atât mai mare cu cât gradientul (de concentraţie, temperatură, presiune) este mai mare.

Termodifuziunea, difuziunea de presiune şi difuziunea forţată se caracterizează prin fluxuri reduse, fiind utilizate în special pentru purificări avansate într‑o singură fază.

Difuziunea convectivă

apare în fluide aflate în mişcare;

intensitatea sa depinde:

de proprietăţile de transport,

de caracteristicile dinamice ale fluidului.

ca şi în transferul de impuls sau de căldură avem:

convecţia forţată - curgerea este provocată de introducerea în sistem a unei energii externe (pompa, agitator, alt dispozitiv)

convecţia liberă - deplasarea fluidului are loc ca urmare a unei diferenţe de densitate generată de o diferenţă de concentraţie sau de temperatură.