3. (a) Kereszthatások Termodiffúzió Diffúzió membránon keresztül Utolsó módosítás: 2013. március 18.
Termodiffúzió (1) 1 Termodiffúzió: hő- és anyagtranszport csatolódása két- vagy többkomponensű keverék estén. A folyamat leírására alkalmas állapotjelzők: komponensek sűrűsége: sűrűség: tömegközépponti sebesség: koncentráció:
Termodiffúzió (2) 2 A leíró egyenletek:
Termodiffúzió (3) 3 Mechanikai egyensúlyt és zárt, rögzített térfogatbeli mozgást feltételezve a Gibbs-reláció: A miatt
Termodiffúzió (4) 4 Amellyel az entrópia mérleg: Az entrópia áram: Az entrópia produkció:
Termodiffúzió (5) 5 A Gibbs-Duhem-relációt valamint a összefüggést, a kémiai potenciál eliminálható:
Termodiffúzió (6) 6 Bevezetve: amelyekkel: A vezetési együtthatókra vonatkozó követelmények szerint a reciprocitási reláció
Termodiffúzió (7) 7 és az entrópia produkció pozitivitása : Vezetési együtthatók: Hővezetési együttható: Diffúziós együttható: Dufour-együttható: Hődiffúziós együttható:
Termodiffúzió (8) 8 A csatolt folyamatok áramsűrűségei: Soret-effektus izotóp szeparáció Diffúzós oszlop: a könnyű atomok a meleg helyen gyűlnek össze. Felületi kezelések: szilárdságnövelés, korrózióvédelem (manapság a nagy hőmérséklet elérése lézeres fűtéssel)
Termodiffúzió (9) 9 Izotóp-szétválasztás: National Archives: S-50 termodiffúziós oszlopok U-235 szeparálásra (Oak Ridge); 2100 db oszlop, egyenként 15m hosszúak
Termodiffúzió (10) 10 Ozmózis hőmérséklet (koncentrációkülönbség hőmérsékletkülönbséget hoz létre): A komponensáram mentes esetben (másrészt a stacionárius állapotot feltételezve) Ez irreverzíbilis folyamat.
Ozmózis nyomás (1) 11 Ozmózis nyomás (koncentrációkülönbség nyomáskülönbséget hoz létre): Állandó hőmérsékletű, szemipermeábilis membránnal elválasztott hőtartályok esetére szorítkozva, továbbá tekintetbe véve, hogy egyensúlyban a kémiai potenciál egyenlő: A keletkező ozmózis nyomás: Megjegyzés: az entrópia produkció zérus.
Ozmózis nyomás (2) 12 Forrás: www.google.com: images of osmotic pressure
Ozmózis nyomás (3) 13 Forrás: www.google.com: images of osmotic pressure
Diffúzió membránon keresztül (1) 14 A homogén szélességű membrán két külön-külön homogén rendszert választ el. A membránon belüli térfogat egységenkénti disszipáció Ahol az oldószer, az oldott anyag áramsűrűsége. A falvastagságra integrálva kapjuk a felületegységenkénti disszipációt: Célszerű új változókat bevezetni. Teljes térfogatáramsűrűség: Relatív sebességek:
Diffúzió membránon keresztül (2) 15 A Gibbs-Duhem-relációt alkalmazva: Az ozmózisnyomás: A fázisok relatív mozgását tartalmazza a tényező.
Diffúzió membránon keresztül (3) 16 Így a fenomenológiai egyenletek: a, Azonos koncentrációk esetén, azaz ha akkor a térfogatáram a mechanikai szűrési együttható. b, Másrészt diffúziós áram indul: ultraszűrési együttható. (tengervíz sótalanítása)
Diffúzió membránon keresztül (4) 17 c, Ha a nyomáskülönbség zérus, azaz akkor A koncentráció különbség diffúziót indít. együttható. permeabilitási d, Másrészt azaz a térfogatáram ozmózisnyomást eredményez: az ozmózis áramlás együtthatója.
Diffúzió membránon keresztül (5) 18 Izotóp-szétválasztás: Forrás: plus.google.com
Diffúzió membránon keresztül (6) 19 Fordított ozmózis: Forrás: images.yourdictionary.com