Схема процесу масопередачі

У зв'язку з цим запропонований ряд теоретичних моделей, в основу більшості яких встановлені допущення:

• загальний опір процесу масопередачі складається з опору розподіляючих фаз. Опором поверхні розділу в більшості випадків можна нехтувати;

• на поверхні розділу фази знаходяться в рівновазі.

Рис. 3.1. Схема процесу масопередачі в системі без твердої фази:

G і L — кількість взаємодіючих фаз; М — кількість речовини, що розподіляється; х_гр, у_гр - концентрації речовини, що розподіляється, на границі розподілу фаз; х_f, у_f - концентрації речовини, що розподіляється, у фазах L і G.

На рис. 3.1 представлена схема масопередачі між системами рідина—газ (пара) або рідина—рідина. Фази розділені поверхнею розділу і рухаються один щодо одного з деякою швидкістю.

Процес масопередачі полягає в перенесенні розподілюваної речовини з фази G до поверхні розділу фаз (процес масовіддачі), а потім масовіддачі від поверхні розділу до фази L.

Процес масопередачі пов'язаний із структурою потоку в кожній фазі, яка включає турбулентне ядро потоку, де масопереніс здійснюється конвекцією і концентрація компоненту практично постійна. При наближенні до поверхні розділу в прикордонному шарі відбувається загасання пульсацій, переважання механізму молекулярної дифузії, а отже, різке зменшення концентрацій.

Для знаходження швидкості переходу речовини з однієї фази до поверхні розділу фаз і далі від неї в другу фазу використовують рівняння масовіддачі, які для схеми, представленої на рис. 3.1, можна записати як

(3.4)

або для сталого процесу

(3.5)

де у_f - y_гр і — рушійні сили в процесах масовіддачі у фазах G і L; F— поверхня масопередачі; і — коефіцієнти масовіддачі ( , м/с, при розмірності одиничної рушійної сили — кг/м³).

Коефіцієнт масовіддачі показує, яка кількість речовини переходить з ядра потоку до поверхні розділу (або навпаки) через одиницю площі поверхні за одиницю часу при рушійній силі, рівній одиниці, і залежить в першу чергу від гідродинамічних умов.

Якщо рівноважна лінія масообмінного процесу — пряма з тангенсом кута нахилу А_равн, то між коефіцієнтами масопередачі К_у, К_х з рівнянь (2.1) (2.2) і коефіцієнтами масовіддачі β_у, β_х з рівнянь (3.4) (3.5) існує однозначний зв'язок

(3.6)

Коефіцієнт масопередачі показує, яка кількість речовини переходить з однієї фази в іншу за одиницю часу через одиницю площі поверхні контакту фаз при рушійній силі масопередачі, рівній одиниці. Розмірність коефіцієнта масопередачі співпадає з розмірністю коефіцієнта масовіддачі.

Оскільки величини, зворотні значенням коефіцієнтів масопередачі, є загальним опором перенесенню речовини з фази у фазу (В.З), то вирази в знаменниках рівнянь (3.6) представляють суму опорів масовіддачі у фазах.

Для розрахунків коефіцієнтів масовіддачі і найчастіше використовують рівняння, які одержують на підставі теорії подібності.

Лекція 4

ПОДІБНІСТЬ ДИФУЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ