Большая Советская Энциклопедия (ДИ)
Шрифт:
Различают Д. а. периодического и непрерывного действия. К первому типу относятся диффузионные батареи, состоящие из чётного количества (12—16) диффузоров и такого же количества промежуточных подогревателей, соединённых в кольцевую систему. Батареи работают по принципу противотока: вода поступает в последний диффузор, в котором находится уже обессахаренная свекловичная стружка, постепенно обогащаясь сахаром, она последовательно прокачивается через все диффузоры снизу вверх и отводится из последнего диффузора в виде сока. Такие Д. а. весьма громоздки и требуют значительных затрат труда на обслуживание и ремонт.
Около половины заводов СССР оснащено Д. а. непрерывного действия. Наиболее распространены вертикальные одно- и многоколонные, наклонные корытные, горизонтальные ротационные. В первых стружка перемещается снизу вверх шнековым, лопастным или цепным транспортёром и выгружается из верхней части аппарата в виде жома, а вода непрерывно протекает сквозь
Существуют Д. а. с бесконечной горизонтальной перфорированной лентой, перемещающей стружку, и системой насосов, последовательно противоточно перекачивающих воду (сок) через отдельные участки транспортёра. Перспективно использование для извлечения сахара из свекловичной стружки серии гидроциклонов. Применение Д. а. непрерывного действия позволяет полностью автоматизировать процесс, в 5—8 раз сократить затраты труда, снизить потери сахара в жоме, повысить общую культуру производства. Производительность Д. а. от 1500 до 3000 т свёклы в сутки.
Лит.: Силин П. М., Технология сахара, 2 изд., [М., 1967]; Гребенюк. С. М., Технологическое оборудование сахарных заводов, М., 1969.
И. М. Петренко.
Диффузионный насос
Диффузио'нный насо'с, то же, что пароструйный вакуумный насос. Откачивающее действие Д. н. основано на диффузии молекул откачиваемого газа в струю пара рабочего вещества (ртуть, масло).
Диффузия
Диффу'зия (от лат. diffusio — распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Д. происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала вещества).
Д. имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы (самодиффузия).
Д. крупных частиц, взвешенных в газе или жидкости (например, частиц дыма или суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению. В дальнейшем, если специально не оговорено, имеется в виду молекулярная Д.
Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. Неупорядоченность движения приводит к тому, что каждая частица постепенно удаляется от места, где она находилась, причём её смещение по прямой гораздо меньше пути, пройденного по ломаной линии. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения (скорость диффузионного распространения запахов, например, много меньше скорости молекул). Смещение частицы меняется со временем случайным образом, но средний квадрат его `L2 за большое число столкновений растёт пропорционально времени t. Коэффициент пропорциональности D в соотношении: `L2 ~ Dt называется коэффициентом Д. Это соотношение, полученное А. Эйнштейном, справедливо для любых процессов Д. Для простейшего случая самодиффузии в газе коэффициент Д. может быть определён из соотношения D ~`L2/t, применённого к средней длине свободного пробега молекулы `l. Для газа `l =`сt, где `с — средняя скорость движения частиц, t — среднее время между столкновениями. Т. о., D ~ `l2/t ~ `l`c (более точно D = 1/3 `l`c). Коэффициент Д. обратно пропорционален давлению p газа (т.к. `l ~ 1/p); с ростом температуры Т (при постоянном объёме) Д. увеличивается пропорционально Т1/2 (т.к. `с ~ "OТ). С увеличением молекулярной массы коэффициент Д. уменьшается.
В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, Д. осуществляется перескоками молекул из одного временного положения равновесия в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружение др. молекул (в новое энергетически выгодное положение). В среднем скачок не превышает межмолекулярного расстояния. Диффузионное движение частиц в жидкости можно рассматривать как движение с трением, к нему применимо второе соотношение Эйнштейна: D ~ ukT. Здесь k — Больцмана постоянная, u — подвижность диффундирующих частиц, т. е. коэффициент пропорциональности между скоростью частицы с и движущей силой F при стационарном движении с трением (с = uF). Если частицы сферически симметричны, то u = 1/6phr, где h — коэффициент вязкости жидкости, r — радиус частицы (см. Стокса закон).
Коэффициент Д. в жидкости увеличивается с температурой, что обусловлено «разрыхлением» структуры жидкости при нагреве и соответствующим увеличением числа перескоков в единицу времени.
В твёрдом теле могут действовать несколько механизмов Д.: обмен местами атомов с вакансиями (незанятыми узлами кристаллической решётки), перемещение атомов по междоузлиям, одновременное циклическое перемещение нескольких атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т.д. Первый механизм преобладает, например, при образовании твёрдых растворов замещения, второй — твёрдых растворов внедрения.
Коэффициент Д. в твёрдых телах крайне чувствителен к дефектам кристаллической решётки, возникшим при нагреве, напряжениях, деформациях и др. воздействиях. Увеличение числа дефектов (главном образом вакансий) облегчает перемещение атомов в твёрдом теле и приводит к росту коэффициента Д. Для коэффициента Д. в твёрдых телах характерна резкая (экспоненциальная) зависимость от температуры. Так, коэффициент Д. цинка в медь при повышении температуры от 20 до 300°С возрастает в 1014 раз.
Значение коэффициента диффузии (при атмосферном давлении)
| Диффундирующее вещество | Основной компонент | Температура, °С | Коэффициент диффузии, м2/сек |
| Водород (газ) | Кислород (газ) | 0 | 0,70·10– 4 |
| Пары воды | Воздух | 0 | 0,23·10– 4 |
| Пары этилового спирта | Воздух | 0 | 0,10·10– 4 |
| Соль (NaCI) | Вода | 20 | 1,1·10– 9 |
| Сахар | Вода | 20 | 0,3·10– 9 |
| Золото (тв.) | Свинец (тв.) | 20 | 4·10– 14 |
| Самодиффузия | Свинец | 285 | 7·10– 15 |