ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие закономерности процессов переноса вещества в двухфазных системах из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" При взаимодействии двух фаз в соответствии с вторым законом термодинамики их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, которое характеризуется равенством температур и давлений фаз, а также равенством химических потенциалов каждого компонента в сосуществующих фазах. Движущей силой процесса переноса какого-либо компонента из одной фазы в другую является разность химических потенциалов этого компонента во взаимодействующих фазах. Переход компонента происходит в направлении убывания его химического потенциала. [c.439] Поскольку химические потенциалы компонентов неидеальных смесей являются сложными функциями состава, при анализе процессов массопередачи обычно рассматривают изменение не химических потенциалов, а концентраций компонентов. Это оправдывается тем, что концентрации компонентов поддаются непосредственному определению и чаще всего рассматриваются как параметры состояния двух- и многокомпонентных систем. [c.439] Каждый из коэффициентов массоотдачи характеризует кинетику переноса в отдельной фазе и зависит от ее физических свойств и гидродинамической обстановки в этой фазе. Коэффициенты массопередачи характеризуют кинетику переноса рассматриваемого компонента из отдающей фазы в принимающую, т. е. во всей системе в целом. Величины, обратные коэффициентам массоотдачи, имеют смысл сопротивлений переносу вещества в соответствующих фазах и называются фазовыми сопротивлениями массоотдачи. В отличие от процессов теплопередачи, для которых термические сопротивления суммируются, в процессах массопередачи относительный вклад фазовых сопротивлений в общее сопротивление зависит от условий фазового равновесия. [c.440] Если kip 1 (т. е. при равновесии yi Xi), то возрастает относительный вклад сопротивления массоотдачи в фазе, состав которой обозначен через х. Если же kip , то возрастает относительный вклад сопротивления массоотдачи в фазе, состав которой обозначен через у. [c.441] Из равенств (V. 73) следует, что, чем больше коэффициент массоотдачи, тем меньше разность концентраций в этой фазе и на границе раздела. Если /с , то —х,) ( у —у ), т. е. наибольшее изменение концентраций происходит в фазе с большим фазовым сопротивлением массопереносу (меньшим к). Аналогичным образом распределяется разность температур в процессах теплопередачи — наибольшее изменение температуры имеет место в жидкости, для которой коэффициент теплоотдачи меньше. [c.441] Когда фазовые сопротивления массоотдачи значительно различаются, коэффициент массопередачи примерно равен меньшему коэффициенту массоотдачи, т. е. общее сопротивление переносу вещества лимитируется той фазой, для которой коэффициент массоотдачи имеет меньшее значение. Аналогично значение коэффициента теплопередачи определяется величиной коэффициента теплоотдачи со стороны той жидкости, для которой он меньше. [c.441] Поскольку наклоны линий ОВ, ОС и 00 разные, очевидна неточность формул (V. 77) и (V. 78). В рассматриваемом случае входящие в эти формулы значения й,р имеют смысл средних для участков кривой равновесия ВС и ВО, соответственно. Возникающая при этом погрешность тем ниже, чем меньше кривизна линии равновесия и чем ближе к линии равновесия расположена точка А, отвечающая составам взаимодействующих фаз. [c.442] Из уравнений (V.80) и (V. 81) следует, что при высоких значениях т, т. е. при большом наклоне линии равновесия, определяющую роль играет сопротивление переносу вещества в фазе, состав которой обозначен через х. Например, в системах жидкость (д ) — газ у) лимитирующим кинетику массопередачи фактором является сопротивление переносу вещества в газовой фазе, если газ хорошо растворим в жидкости (малые значения т), и в жидкой фазе, если газ плохо растворим (большие значения т). [c.442] Определение поверхности контакта фаз часто представляет большие трудности, особенно для систем с подвижной границей раздела. Поэтому для расчетов используют так называемые объемные коэффициенты массоотдачи акх и аку и массопередачи аКох и аКоу, отнесенные к единице объема аппарата. Здесь а — поверхность контакта фаз в единице объема аппарата, м /м . [c.443] Необходимо учитывать, что в системах с подвижной границей раздела фаз коэффициенты массоотдачи (массопередачи) и межфазная поверхность по-разному зависят от гидродинамической обстановки. Значения объемных коэффициентов массоотдачи и массопередачи дают суммарную оценку влияния указанных факторов на кинетику процесса. [c.443] Способы проведения процессов массопередачи. [c.443] Способы проведения процессов массопереноса отличаются друг от друга условиями взаимодействия фаз и направлением их относительного движения. Различают однократное, непрерывное и ступенчатое взаимодействие фаз. При однократном взаимодействии фазы смешиваются, а затем разделяются по завершении процесса массопереноса. Этот способ характерен для периодических процессов, в которых перерабатываются относительно небольшие количества смесей. В непрерывных процессах массообмен осуществляется при постоянном движении фаз или в многоступенчатой установке, в каждой ступени которой фазы взаимодействуют друг с другом, а по выходе из ступени — разделяются. В обоих случаях эффективность массообмена определяется направлением относительного движения фаз и структурой их потоков. По направлению относительного движения фаз, как и в процессах теплообмена, различают противоток, прямоток, перекрестный и смешанный ток. Некоторые процессы массопереноса проводятся, кроме того, при движении одной фазы через неподвижный слой другой фазы. [c.443] Оба принципа расчета процессов массопереноса основываются на использовании уравнений материального и энергетического баланса, т. е. законов сохранения вещества и энергии. [c.444] Здесь г/гн и лггн, Угк и Хгк — начальные и конечные содержания произвольного компонента / в отдающей и принимающей фазах, соответственно. [c.444] Уравнение (V.83) является материальным балансом системы в целом, а уравнение (V. 84) — материальным балансом произвольного -го компонента. Для системы, состоящей из п компонентов, число независимых уравнений равно п—1, поскольку имеется лишь п — 1 независимых переменных, характеризующих состав каждой фазы. [c.444] Расходы и составы фаз выражают различным образом для разных массообменных процессов, исходя из соображений удобства математической интерпретации. Принятые способы выражения составов фаз рассмотрены ниже. [c.444] Величины н, к, /н и /к являются функциями состава фаз. Таким образом, для расчета количества и состава продуктов однократного взаимодействия фаз в п компонентной системе необходимо решить систему из п уравнений материального баланса, п — I уравнений фазового равновесия и одного уравнения энергетического баланса. [c.445] Однократное взаимодействие фаз может осуществляться периодически или непрерывно. Выведенные соотношения справедливы в обоих случаях, но величины G и L различаются по физическому смыслу. Для периодического процесса это — количества, а для непрерывного— расходы фаз. [c.445] Соотношение (V. 90) называется уравнением рабочей линии. Оно выражает связь составов взаимодействующих фаз в произвольном сечении аппарата. При L/G = onst рабочая линия — прямая, т. е. составы взаимодействующих фаз находятся в линейной зависимости. При L/G = onst зависимость yi = f(xi) отклоняется от линейной. [c.446] Следовательно, для непрерывного прямоточного процесса массообмена получаются такие же балансовые соотношения, как при однократном контакте. Наибольшая степень разделения достигается, если на выходе из аппарата составы потоков отвечают условиям фазового равновесия между ними. [c.446] Вернуться к основной статье