Движущая сила массообменных процессов

Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций (градиент концентраций) фактической в данной фазе G и равновесной с фактической в другой фазе L. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше, чем это следует из условия равновесия.

- основное уравнение массопередачи → средняя движущая сила процесса определяет количество переданной массы вещества.

Движущая сила может быть выражена в любых единицах концентраций, но всегда где с – рабочая концентрация компонента в одной фазе, - концентрация компонента для данной фазы, равновесная с рабочей концентрацией в другой фазе.

Движущая сила пропорциональна скорости массообменного процесса. Она может быть средней интегральной и средней логарифмической.

Движущая сила зависит от положения рабочей и равновесной линий, чем ближе линии друг к другу, тем она меньше.

Средняя интегральная разность концентраций

 

Средняя движущая сила определяет количество переданной массы вещества. Т.к рабочие и равновесные концентрации изменяются вдоль поверхности контакта фаз, то нужно рассчитывать среднюю движущую силу процесса.

Допустим что рабочая и равновесная линия – кривые или раб.линия–прямая, а равн.линия –кривая.

(1) – основное уравнение массопередачи

из (1) получаем

(2); где F- поверхность фазового контакта

 

(3) - диф.уравнение мат.баланса фазы G

(4) – уравнение массоопередачи

из (3) и (4)

(5)

(6)

подставив (6) в (5)

(7)

проинтегрировав выражение (7)

(8)

подставив выражение (2)

- средняя интегральная разность концентраций для газовой фазы

 

Аналогично выводится выражение для жидкой фазы:

Средняя логарифмическая разность концентраций

 

Допустим, что равновесная и рабочая линии являются прямыми.

(1) – уравнение рабочей линии

(2) – уравнение равновесия

(3) – разность рабочей и равновесной концентрации

(4)

проинтегрируем урав (3) с учетом (4) →

(5) →

 

(6)

(7)

(8) – СИРК

подставим урав (8) и (7) в урав (6) →

- СЛРК для газовой фазы

Аналогично выводится выражение для жидкой фазы:

 

 

Число единиц переноса

Показывает, сколько единиц вещества переходит в другую фазу при движущей силе, равной единице.

и - СИРК для газовой и жидкой фаз. →

 

- ЧЕП для паровой и жидкой фазы; где - изменение концентрации в

фазе G,L в результате массообмена фаз на поверхности , -

движущая сила на этой поверхности.

ЧЕП – это изменение концентраций в пределах контактной зоны, приходящееся на единицу движущей силы. ЧЕП используют для расчета массообменного аппарата.

 

ТТ, ВЭТТ

 

1) Теоретическая тарелка – контактное устройство, обеспечивающее получение равновесных потоков фаз, покидающих контактную зону. Одна ТТ – одно изменение концентраций по жидкой фазе и одно изменение по паровой фазе.

ТТ используют при расчетах массообменных аппаратов, когда нужно учитывать время контакта фаз, необходимое для достижения равновесия. Преимуществом метода ТТ является то, что нужно иметь только уравнение равновесия и уравнение рабочей линий. Вместо понятия ТТ используют ЧТТ. ЧТТ зависит от взаимного расположения рабочей и равновесной линии от величины движущей силы процесса. При сближении рабочей и равновесной линии ∆ ↓ → ЧТТ ↑ и наоборот. ЧТТ используется для определения высоты контактной зоны аппарата Н, для этого используют ВЭТТ.

2) (1) – мат.баланс фазы G в интегральной форме

(2) – уравнение массопередачи

объединяя урав (1) и (2), интегрируем →

(3) - поверхность фазового контакта

 

(4) – поверхность массообмена для насадочных аппаратов, где

- раб.V аппарата*поверхность контакта фаз в 1 его V.

(5) – высота аппарата, где H, S –высота и сечение ап/та, G –расход ф.G [кг/с], -массовая скорость ф.G [ ]

из урав (5) →

- высота, эквивалентная одной единице переноса.