Dyfuzyjny ruch masy : dyfuzja w materiałach porowatych
Authors:
- Bolesław Tabiś
Abstract
The monograph systematically discusses the complex multicomponent diffusive mass transfer in porous media, which are encountered mainly in industrial and laboratory practice. Such materials are numerous and have diverse practical roles. Many porous solids have found applications in processes of chemical engineering, i.e., a scientific discipline that covers a huge number of research and technical problems. Important groups include contact processes occurring inside porous catalyst pellets and membrane separation processes involving zeolites. The mass transport inside porous media is encountered in adsorption and chromatography, in drying of solids, in chemical analytics, in drug technology. The rate of mass transport in porous media is the resultant of several contributions, namely molecular diffusion, Knudsen diffusion, surface diffusion and laminar viscous flow. Particular molecular mass transfer mechanism features zeolites. One of the fundamental goals of the monograph is to preserve a consistent structure of the mathematical models of the various diffusion mechanisms. The Maxwell-Stefan formalism has been adopted for this purpose. In the first chapter of the monograph, introductory material is provided. In the second one, a method for modeling diffusion in the pores of solids is presented. The relationship between pore sizes and mass transport mechanisms is discussed. An analysis of non-isobaric diffusion under steady-state and dynamic conditions has been performed. Chapter three covers material on multicomponent surface diffusion and diffusion in zeolites. These issues are discussed for both steady-state and dynamic processes. Based on the numerical analysis of the obtained differential equations, algorithms and guidelines for solving these equations have been proposed. Chapter four is dedicated to the systematics of complex diffusion processes. Five examples are discussed in detail: a) isothermal-isobaric simultaneous molecular, Knudsen and surface diffusion across a flat homogeneous membrane for a single component subject to adsorption in an inert gas solution; b) isothermal diffusion of one sorption-active component in a bimodal zeolite pellet; c) isothermal diffusion of K components in a bimodal zeolite pellet; d) non-isothermal molecular, Knudsen and surface diffusion of one sorption-active component in a homogeneous grain of arbitrary regular shape; e) non-isothermal diffusion of K components in a bimodal zeolite pellet. Mathematical models of the dynamics for all of these examples have been formulated and approaches for their solution have been given. In the fifth chapter, the methods of experimental and computational determination of the values of parameters that appear in the diffusion equations are discussed. These parameters include: - thermodynamic quantities, i.e. principally sorption isotherms for pure substances and multicomponent mixtures, - structural parameters of porous media, - diffusion coefficients in pores of solids, surface diffusion coefficients and diffusion coefficients in zeolites. Chapters two, three, four, and five conclude with calculus examples that provide a supplement to the primary material and also serve as a form of verification. The development of diffusion models and the solution of the resulting differential problems require the use of some mathematical tools. These mainly involve matrix operations, solving algebraic nonlinear equations and boundary value problems for ordinary and partial differential equations. Selected information from this field is provided in the sixth chapter. Chapter seven incorporates several numerical codes in FORTRAN that were developed during the preparation of the monograph. The quantitative results presented in earlier chapters of the book were obtained using these programs.
- Record ID
- CUTfea4eb3b52994ff48296eeaf2d990e6f
- Other language title versions
- Diffusional mass transfer : diffusion in porous media
- Book type
- Monograph
- Book categories
- ;
- Author
- Other contributor
- Corporate author
- Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki
- Publisher (including from the ministerial list of publishers)
- Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki
- Publisher name (outside publisher list)
-
Wydaw. PK
- Publishing place (Publisher address)
- Kraków
- Pages
- 347
- ISBN
-
978-83-67188-16-6
- Issue year
-
2022
- Other elements of collation
- Bibliogr. s. 333-342; rys., tab., wykr.
- Keywords in Polish
- dyfuzja, złożony wieloskładnikowy ruch masy, materiały mezo- i mikroporowate, zeolity, modelowanie matematyczne, algorytmy numeryczne, kody numeryczne, stany stacjonarne i dynamika dyfuzji
- Keywords in English
- diffusion, complex multicomponent mass transfer, meso- and microporous solids, zeolites, mathematical modeling, numerical algorithms, numerical codes, steady states and dynamics
- Abstract in Polish
- W monografii systematycznie omówiono złożony, wieloskładnikowy dyfuzyjny ruch masy w materiałach porowatych, z jakimi spotykamy się głównie w praktyce przemysłowej i laboratoryjnej. Materiałów takich jest mnóstwo i pełnią różnorodne użyteczne role. Wiele materiałów porowatych znalazło zastosowanie w procesach inżynierii chemicznej, tj. w dyscyplinie naukowej obejmującej ogromną liczbę problemów naukowych i technicznych. Ważne grupy stanowią procesy kontaktowe przebiegające wewnątrz porowatych ziaren katalizatorów i procesy rozdzielania membranowego z użyciem zeolitów. Z ruchem masy wewnątrz materiałów porowatych mamy do czynienia w adsorpcji i chromatografii, podczas suszenia ciał stałych, w analityce chemicznej, w technologii produkcji leków. Szybkość przenoszenia masy w materiałach porowatych jest wypadkową kilku elementów składowych, tj. dyfuzji molekularnej, dyfuzji Knudsena, dyfuzji powierzchniowej i laminarnego przepływu lepkiego. Szczególnym mechanizmem molekularnego przenoszenia masy charakteryzują się zeolity. Jednym z podstawowych celów monografii jest zachowanie spójnej struktury modeli matematycznych poszczególnych mechanizmów dyfuzji. Przyjęto do tego celu formalizm Maxwella-Stefana. W pierwszym rozdziale monografii podano materiał wprowadzający. W drugim przedstawiono sposób modelowania dyfuzji w porach ciał stałych. Omówiono relację między wielkościami porów i mechanizmami ruchu masy. Dokonano analizy dyfuzji nieizobarycznej w warunkach stacjonarnych i dynamicznych. W rozdziale trzecim zawarto materiał dotyczący wieloskładnikowej dyfuzji powierzchniowej i dyfuzji w zeolitach. Zagadnienia te omówiono zarówno dla procesów stacjonarnych jak i dynamicznych. Na podstawie analizy numerycznej otrzymanych równań różniczkowych zaproponowano algorytmy i wskazówki służące do rozwiązywania tych równań. Rozdział czwarty poświęcono systematyce złożonych procesów dyfuzyjnych. Szczegółowo omówiono pięć przykładów: a) izotermiczno-izobaryczną jednoczesną dyfuzję molekularną, Knudsena i powierzchniową przez płaską membranę homogeniczną dla jednego składnika ulegającego adsorpcji w roztworze gazu inertnego; b) izotermiczną dyfuzję jednego składnika aktywnego sorpcyjnie w bimodalnym ziarnie zeolitowym; c) izotermiczną dyfuzję K-składnikową w bimodalnym ziarnie zeolitowym; d) nieizotermiczną dyfuzję molekularną, Knudsena i powierzchniową jednego składnika aktywnego sorpcyjnie w ziarnie homogenicznym o dowolnym kształcie regularnym; e) nieizotermiczną dyfuzję K-składnikową w bimodalnym ziarnie zeolitowym. Utworzono modele matematyczne dynamiki dla wszystkich wymienionych przykładów i podano sposoby ich rozwiązania. W rozdziale piątym omówiono sposoby doświadczalnego i rachunkowego wyznaczania wartości parametrów występujących w równaniach dyfuzji. Parametrami tymi są: - wielkości termodynamiczne, tj. głównie izotermy sorpcji dla substancji czystych i roztworów wieloskładnikowych, - parametry strukturalne ciał porowatych, - współczynniki dyfuzji w porach ciał stałych, współczynniki dyfuzji powierzchniowej i współczynniki dyfuzji w zeolitach. Rozdziały: drugi, trzeci, czwarty i piąty kończą przykłady rachunkowe, które są uzupełnieniem podstawowego materiału i pewną formą sprawdzianu. Tworzenie modeli dyfuzyjnych i rozwiązywanie powstałych zagadnień różniczkowych wymaga stosowania pewnych narzędzi matematycznych. Dotyczą one głównie operacji na macierzach, rozwiązywania algebraicznych równań nieliniowych oraz zagadnień brzegowych dla równań różniczkowych zwyczajnych i cząstkowych. Wybrane wiadomości z tego zakresu, zawarto w rozdziale szóstym. W rozdziale siódmym zamieszczono kilka kodów numerycznych w języku FORTRAN, które powstały w trakcie pracy nad monografią. Wyniki ilościowe, przedstawione we wcześniejszych rozdziałach książki otrzymano z użyciem tych programów.
- Language
- pol (pl) Polish
- Score (nominal)
- 80
- Score source
- publisherList
- Scoring
- Uniform Resource Identifier
- https://cris.pk.edu.pl/info/book/CUTfea4eb3b52994ff48296eeaf2d990e6f/
- URN
urn:pkr-prod:CUTfea4eb3b52994ff48296eeaf2d990e6f
* presented citation count is obtained through Internet information analysis, and it is close to the number calculated by the Publish or PerishOpening in a new tab system.