Перенос массы и энергии и принцип движущей силы.

При рассмотрении процессов различной природы (гидродинамических, тепло- и массообменных) было замечено, что их кинетические уравнения аналогичны.

Для тепловых процессов кинетическое уравнение имеет вид

dQ/dFτ =К∆ t=(1/R)∆ t

где Q — количество тепла, кДж;

Е- поверхность теплообмена, м²

τ - время, с

∆ t- движущая сила процесса перехода тепла, град;

К- коэффициент теплопередачи (коэффициент проводимости), кДж/(м²с)град

R=1/К- сопротивление переходу тепла, величина обратная коэффициенту теплопередачи

Для массообменных процессов кинетическое уравне­ние имеет аналогичный вид

dm/Fdτ = К'∆ C = (1/R´)∆ С,

где dm — масса вещества, переданного за время dτ, кг;

F— площадь поверхности массообмена, м²;

К' —коэффициент, характеризующий интенсивность передачи массы (коэффициент проводимости), кг/(м²·с·кг/м³)

∆ С—движущая сила процесса массопередачн, выражаемая разностью концентрации, кг/м³;

R´ = 1/К' — сопротивление массопередаче.

Для гидродинамических процессов, например для фильтрации, кинетическое уравнение может быть запи­сано в виде

dV/Fdτ =1/R_с∆ p=К₁∆ p

V—объем фильтрата, м³

F—площадь поверхности фильтра, м²

∆ p- движущая сила процесса, выражаемая разностью давлений, Па

R_с- гидравлическое сопротивление фильтра.

К₁=1/ R_с- коэффициент проводимости фильтрующей среды — вели­чина, аналогичная К и К'.

Таким образом все рассмотренные кинетические уравнения могут быть приведены к единообразному виду

I=iX

I-скорость протекания процесса

i- коэффициент проводимости- некоторая скалярная величина, характерная для рассматриваемого процесса и обратная величине сопротивления

X- движущая сила процесса, всегда представляющая разность некоторых величин (давления, температуры, концентрации).

Анализ кинетических уравнений позволяет определить общий принцип интенсификации процессов: для увеличения скорости протекания процесса необходимо уве­личить движущую силу и уменьшить сопротивление или, что то же, увеличить проводимость.

Понятие «движущая сила» является основным при рассмотрении любого процесса. Она представляет собой некоторую разницу потенциалов, характерную для каж­дого вида процессов. Движущая сила процесса может быть слагаемой из двух величин, когда процесс развивается под влиянием двух факторов, например теплового и диффузионного. В этом случае процесс развивается под влиянием величин как ∆ C, так и ∆ t.

Единство кинетических уравнений гидромеханических, тепловых и массообменных процессов носит название «тройной аналогии».