ДИНАМИКА СОРБЦИИ

ДИНАМИКА СОРБЦИИ - процесс поглощения адсорбата (паров, газов или растворенного вещества) твердым телом, сопровождающийся адсорбцией и абсорбцией, т. е. соответственно поверхностным и объемным поглощением. Д. с. определяется скоростями адсорбции, внешней и внутренней диффузией адсорбата, и описывается системой дифференциальных уравнений диффузионного переноса вещества с учетом кинетики адсорбции. В большинстве случаев процесс сорбции происходит в неизотермических условиях - при выделении теплоты адсорбции и при капиллярной конденсации - так что процессы переноса массы вещества (диффузия) сопровождаются переносом тепла (теплообменом), т. е. описываются системой дифференциальных уравнений массо- и теплопереноса. Если адсорбентом является смесь газов и паров или смесь растворенных веществ, то молекулярный перенос массы вещества и тепла описывается системой уравнений Онсагера (см. [2]).

В случае бинарной смеси система дифференциальных уравнений тепло- и массопереноса, решение к-рой, при соответствующих краевых условиях, определяет Д. с, имеет вид

(1)

(2)

где ρ₁₀ - относительная плотность компоненты «1», ρ₁₀ = ρ₁/ρ; ρ = ρ₁ + ρ₂, D - коэффициент диффузии, T - температура, τ - время, с_p - удельная изобарная теплоемкость, λ - коэффициент теплопроводности, Q* - изотермич. теплота переноса, k_T - термодиффузионная постоянная, h - удельная энтальпия, j₁ - диффузионный поток массы компоненты «1», d/dτ - полная или субстанциональная производная, равная

d/dτ = ∂/∂τ + v∇ρ

(где v - скорость движения центра тяжести потока адсорбата), I₁(ρ₁₀, Т) - мощность источника массы вещества, обусловленная кинетикой адсорбции и фазовыми превращениями, к-рые в общем случае являются функциями концентрации ρ₁₀ и температуры Т.

Скорость v движения потока адсорбата получается из решений Навье-Стокса уравнений. Краевые условия определяются характером и физич. механизмом взаимодействия поверхности твердого тела с окружающей средой (адсорбатом). При этом скорость массообмена определяется внешней диффузией адсорбата к поверхности тела и кинетикой адсорбции. Обычно рассматривают два крайних случая:

1) массообмен определяется диффузией;

2) концентрация на поверхности тела зависит только от скорости адсорбции.

Для случая сорбции пара капиллярнопористыми телами получены решения системы дифференциальных уравнений (1), (2) применительно к телам простейшей формы (см. [1]).

Процесс десорбции водяного пара пористыми телами составляет часть процесса сушки. Д. с. в этом случае рассчитывается приближенно по следующим уравнениям массо- и теплообмена

где du̅/dτ - скорость десорбции, r - удельная теплота сорбции, ρ₀ - плотность сухого тела, q(τ) - удельный поток тепла на поверхности тела, R_v - гидравлич. радиус тела, и - среднее влагосодержание (относительная концентрация) тела, u̅_p - равновесное влагосодержание, ϰ - относительный коэффициент сушки, N - скорость сушки в первом периоде - периоде постоянной скорости, Rb - число Ребиндера.

Лит.: [1] Лыков А. В., Михайлов Ю. А., Теория тепло- и массопереноса, М.-Л., 1963; [2] Де Гроот С., Мазур П., Неравновесная термодинамика, пер. с англ., М., 1964; [3] Лыков А. В., Теория сушки, 2 изд., М., 1968; [4] Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинематике, 2 изд., М., 1967; [5] Тихонов А. Н., Самарский А. А., Уравнения математической физики, 3 изд., М., 1966.

А. В. Лыков.

Источники:

1. Математическая энциклопедия: Гл. ред. И. М. Виноградов, т. 2 Д - Коо.-М.: «Советская Энциклопедия», 1979.-1104 стб., ил.