Рівновага масообмін них процесів

Рівновага масообмінного процесу є такий термодинамічний стан системи, при якому швидкості переходу розподілюваної речовини з однієї розподіляючої фази в іншу рівні.

У загальному випадку зв'язок між складом фаз при рівновазі може бути виражена залежностями

(1.1)

де y_равн і x_равн — рівноважний вміст компоненту розподілюваної речовини у відповідній розподіляючій фазі, виражений через його вміст в протилежній фазі. Знання рівноважних концентрацій дозволяє визначити напрям перебігу процесу.

Графічний вираз залежності (1.1) називається лінією рівноваги.

Всі масообмінні процеси залежно від температури, тиску і інших умов є оборотними, тобто можуть протікати як в прямому, так і в протилежному напрямах.

1.4 Матеріальний баланс масопередачі

Розглянемо масообмінний процес між фазами G і L в протитічному апараті, схема якого представлена на рис. 1.1.

Вважатимемо, що початкові x_н, у_н і кінцеві х_к, у_к масові (молярні) концентрації розподілюваної речовини у фазах G і L відповідають його переходу з фази G у фазу L.. В цьому випадку на деякій малій ділянці довільного перетину масообмінного апарату концентрація компоненту М у фазі L збільшиться на величину dх, а у фазі G зменшиться на величину dу (по ходу руху фази).

Рис. 1.1. Схема для складання матеріального балансу масобмінних процесів

- витрати взаємодіючих фаз; - концентрації визначуваного компоненту у відповідних фазах на початку і кінці процесу

Таким чином, передану кількість dМ розподілюваного компоненту можна записати як по одній, так і по іншій розподіляючим фазам:

(1.2)

Рівняння (1.2) є диференціальним рівнянням матеріального балансу масообмінного процесу.

Для отримання повного (інтегрального) рівняння матеріального балансу проінтегруємо його в межах зміни робочих концентрацій

В результаті одержуємо

(1.3)

Легко переконатися, що рівняння (1.3), так само як і (1.2), не залежить від напряму руху взаємодіючих фаз, а характеризує тільки матеріальний баланс системи при масопередачі.

Важливою характеристикою масообмінних процесів є рівняння робочих ліній, які зв'язують між собою концентрації розподілюваного компоненту в розподіляючих фазах під час здійснення процесу.