Рассмотрим перенос субстанции из фазы 1 через межфазную поверхность в фазу 2 за счет молекулярного и турбулентного механизмов. Примем , что сопротивлением переносу субстанции со стороны межфазной поверхности можно пренебречь. Это равносильно предположению об установлении равновесия на границе раздела фаз, т.е.:
mгi1 = mгi2, Тг1 = Тг2, Wг1 = Wг2 (2.77)
Предположим mi1>mi2 , тогда:
Y
2 фаза
межфазная поверхность
1 фаза
X
Рис 2.7
jdгiy = bi1(mяi1 - mгi1)
(2.78)
jdгiy = bi2(mяi2 - mгi2)
Разделим уравнения на bi1 и bi2 соответственно и их сложим:
jdгiy = (1/bi1 + 1/bi2) = mяi1 - mяi2
jdгiy = (1/bi1 + 1/bi2)-1 *(mяi1 - mяi2) = Кig * (mяi1 - mяi2) (2.79)
Здесь Кig – коэффициент массопередачи,
(mяi1 - mяi2) – движущая сила массопередачи. Уравнение (2.79) носит название уравнения массопередачи.
Химические потенциалы неидеальных (реальных) систем определить достаточно сложно, поэтому при анализе и расчёте процессов массопереноса обычно рассматривают изменение не химических потенциалов, а концентраций компонентов, определение которых значительно проще. Разность между рабочими и равновесными концентрациями в одной из фаз является движущей силой массообменного процесса.
Аналогичным образом могут быть получены уравнения тепло- и импульсоотдачи:
, , (2.80)
если .
, , (2.81)
если .
Здесь и – коэффициенты тепло- и импульсопередачи. Соотношения (2.79) – (2.81) могут быть представлены иначе:
(2.82)
Здесь , и – сопротивления массо-, тепло-, импульсопередачи (межфазные сопротивления), а , и – сопротивления массо-, тепло- и импульсоотдачи (фазовые сопротивления). Соотношения (2.82) выражают аддитивность фазовых сопротивлений. Например, если процесс теплопередачи идёт через стенку:
, (2.83)
где – термическое сопротивление стенки.
Профили , , в процессах переноса субстанций через границу раздела фаз, не обладающих сопротивлением, приведены на рис.2.8. Если сопротивление одной из фаз, например первой, гораздо больше второй, то последним можно пренебречь:
, , (2.84)
Здесь – толщина пограничных слоёв.
Из (2.84) следует, что , , при , , .