Выражение коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи
Обновлено: 21.11.2024
Процесс массообмена между двумя соприкасающимися несмешивающимися фазами (газ-жидкость, жидкость-жидкость) происходит следующим образом:
Распределяемое между фазами вещество к поверхности раздела фаз в движущихся потоках переносится путем молекулярной и конвективной диффузии.
В каждой фазе различают ядро (основная масса) и пограничный слой, возникающий у поверхности раздела фаз.
Перенос распределяемого вещества в ядре происходит в основном за счет конвективной диффузии, и чем выше турбулентность в ядре, тем большее количество вещества будет переноситься за счет конвективной диффузии, и тем меньше влияние на перенос будет оказывать молекулярная диффузия. Благодаря интенсивному перемешиванию жидкости (газа) в ядре можно считать, что в каждом данном сечении при стационарном процессе концентрация распределяемого вещества постоянна.
В пограничном слое перенос вещества происходит за счет конвективной и молекулярной диффузии, причем по мере приближения к поверхности раздела фаз конвективные токи затухают, и вследствие этого, увеличивается роль молекулярной диффузии, причем для многих случаев можно считать, что в пограничном слое весь перенос вещества осуществляется за счет молекулярной диффузии. Поэтому в пограничном слое происходит резкое изменение концентрации.
|
|
M
На рис. приведена схема масообмена двух фаз G и L показан ход изменения концентрации.
Поскольку в процессе массообмена между двумя соприкасающимися фазами происходит перенос вещества из ядра одной фазы к поверхности раздела фаз и от поверхности раздела к ядру другой фазы, то этот процесс можно разбить на 2 стадии: из ядра G к поверхности раздела и от поверхности раздела к ядру L.
Поверхность раздела
Сф
К определению з. Щукарева
В этом случае количество вещества переданного в единицу времени от поверхности раздела фаз в ядро может быть выражено как:
Уравнение(*) - з-н Щукарева, согласно которому количество вещества, перенесенного от поверхности раздела фаз в ядро фазы (или наоборот, в зависимости от состояния равновесия системы) в единицу времени пропорционально коэффициенту массооотдачи, поверхности фазового контакта и разности концентраций.
«G» «L»
|
y Угр
Хгр
x
M
Закон Щукарева дает возможность определить количество переданного распределяемого вещества из ядра фазы к поверхности раздела фаз или наоборот. Поскольку в гетерогенных процессах в массобмене участвуют 2 фазы, то количество распределяемого вещества, переданного из фазы G к поверхности раздела и от нее в фазу L может быть определено для установившегося процесса уравнениями:
Если существует линейная зависимость между равновесными и рабочими концентрациями, то y * = mx, x=, xгр= подставим в (*)
dM = b2 dF(y*-y*гр) , = y - yгр ; = yгр * -y*.
Складывая почленно полученные уравнения и учитывая, что yгр = y*гр (скачка концентраций быть не может) получаем:
(+ ) = y – yгр + y*гр - y* = y – y* и
dM=dF(y – y*). (**)
Сравним (**) с (ОУМП), видим,что Ky = (***).
Выражая движущие силы через разность концентраций и заменяя в (!) значения концентраций у через соответствующие концентрации y = mx*,
yгр = mx*гр , аналогичным путем находим:
Ky = .
Если равновесная линия кривая, то для нахождения коэффициента массопередачи по коэффициентам массоотдачи приходится процесс разбивать на участки и считать величину m постоянной в пределах каждого участка. Коэффициент массопередачи будет изменяться в этом случае по длине аппарата. Расчет упрощается, если один из коэффициентов массоотдачи >> другого.В этом случае коэффициент массопередачи можно принимать равным по значению меньшему коэффициенту массоотдачи.
Читайте также:
| | |
