1-semestr 1-lаborаtoriya ishi mavzu: Farmatsevtik injiniring fanidan fizik kattaliklar va ularni o’lchash. Maqsad

Qattiq jism ishtirokida massa almashinish

Bunday jarayonlarga adsorbsiya, desorbsiya, kristallanish, quritish, eritish, qattiq materiallardan ekstraktsiyalash kabilar kiradi. Albatta, bu noturg’un jarayonlarning o’ziga xos alohida xususiyatlari bor. “Qattiq jism – suyuqlik” sistemada massa almashinish juda murakkab jarayon deb hisoblanadi.

G’ovaksimon qattiq jismdan fazalarni ajratib turuvchi Chegara orqali gaz (yoki bug’) suyuqlik muhitga yoki gaz (yoki bug’) muhitdan qattiq jismga moddaning tarqalishi, o’tkazish potensiali gradiyenti mavjud bo’lgandagina ro’y beradi. Boshqacha qilib aytganda, “qattiq jism – suyuqlik” sistemada massa o’tkazish jarayoni ichki va tashqi diffuziyalardan tashkil topgan bo’ladi. Bu sistemada massa almashinish jarayoniga qattiq jismning tuzilishi katta ta’sir ko’rsatadi. Ma’lumki, qattiq jism murakkab, geometrik sistema bo’lib, g’ovaklilik, polidisperslik, kapillyarlik shakli va kovakchalarni o’lchami bo’yicha taqsimlanishi bilan ajralib turadi.

Kapillyar kovakli tuzilishga qarab qattiq jismlar quyidagi sinflarga ajratiladi: yirik kovakli (d_kr ≤ 100 nm); o’rtacha kovakli va ultramikrokovakli materiallar bo’ladi.

“Qattiq jism – suyuqlik” sistemasida massa berish jarayoni bilan massa o’tkazuvchanlik (qattiq jismda moddaning tarqalishi) bir vaqtda o’tadi.

Bu sistemada kechadigan jarayonlarning tezligi vaqt o’tishi bilan molekulyar diffuziya tezligiga qaraganda kamayib boorish xosdir. Shuning uchun ushbu jarayonlarni ifodalashda “siqiq diffuziya” degan atamadan foydalaniladi.

Eritmaning “siqiq diffuziya”si uchun Kadi va Vilyamslar tominidan ushbu formula taklif etilgan:

(8.18)

bu yerda: D_SI– “siqiq diffuziya” koeffitsienti; D – molekulyar diffuziya koeffitsienti; r – tarqalayotgan molekula o’lchami; R – qattiq jism kovakchalarining ko’ndalang o’lchami.

“Siqiq diffuziya” o’rniga jarayonni har tomonlama to’liq ifodalovchi umumiy kinetic xarakteristika – massa o’tkazuvchanlikni aniqlash maqsadgha muvofiqdir. Unda, qattiq jismda tarqalgan moddaning uzatilishini ifodalovchi qonun sifatida qabul qilinish mumkin: qattiq jismda massa o’tkazuvchanlik hisobiga tarqalgan massamiqdori konsentratsiyalar gradiyenti, oqim yo’nalishiga perpendikulyar yuza va jarayon davomiyligiga to’g’ri proporsionladir, ya’ni

(8.19)

bu yerda: k – massa o’tkazuvchanlik koeffitsienti, m²/s.

Ushbu koeffitsient temperatura va qattiq jismda tarqalgan modda konsentratsiyalariga bog’liqdir.

8.5-rasmda g’ovaksimon qattiq jismlarning tipik tuzilishlari keltirilgan. Ko’rinib turibdiki, bunday tuzilishli jismlarda jarayonning kinetikasi turlicha bo’lishi tabiiydir.

Qattiq jismdan namlikni desorbsiyai misolida massa almashinish jarayonni ko’rib chiqamiz (8.6-rasm).

Boshlang’ich vaqt da plastinaning butun hajmida konsen-tratsiya o’zgarmas bo’ladi (c = const). Qattiq jism bilan massa almashinuvchi suyuqlik fazada tarqaluvchi moddaning konsentratsiyasi o’zgarmas va y_f ga tengdir. Dastlabki davrda, tarqalayotgan modda qattiq jismdan suyuqlikka qarab harakat qiladi.

Qattiq materialdan erkin bog’langan namlikning chiqb ketishi bilan jismning temperaturasi o’zgarmaydi va u ho’l termometr temperaturasiga teng bo’ladi. Material ustiga bug’ bosimi esa, suyuqlikning to’yingan bug’lari bosimiga barobardir.

Shu davrda materialdan namlikning bug’ holatida chiqib ketishi o’zgarmas tezlikda sodir bo’ladi.

Vaqt o’tishi bilan jismning konsentratsiyasi uzluksiz ravishda pasayib boradi.

Biror kritik konsentratsiya x_kr dan boshlab, bug’lanish zonasi jismning ichiga suriliadi. Bu hol, albatta o’tkazish potensiali gradiyentining kamayishiga va jarayonning sekinlashuviga olib keladi. Namlikni bug’lanishi nafaqat o’zgaruvchan koordinatali yuzalarda bo’libgina qolmasdan, balki jismning “avvalgi” qatlamlarida ham boradi. Lekin, jismning tashqi yuzasiga yaqinlashgan sari, jarayon intensivligi kamayadi. Bunday hol namlikni material bilan turli usullarda bog’langanligidan dalolat beradi.

Jarayon tezligi pasayishi davrida massa almashinish jarayonining tezligi massa o’tkazuvchanlik tezligi bilan belgilanadi. O’z navbatida, Massa o’tkazuvchanlik tezligi massa almashinish mexanizmiga bog’liqdir.