ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массоперенос через границу раздела фаз из "Процессы и аппараты химической технологии Том1 Явления переноса макрокинетика подобие моделирование проектирование" а не краевую задачу. Наиболее полно точные решения задач на основе уравнения (5.51) представлены в [24]. [c.347] Физико-химические процессы, такие как ректификация, абсорбция, экстракция, сушка, гетерогенный катализ, связаны с переносом вешества из одной фазы в другую через их границу т. е. с массопередачей. В обшем случае этот сложный процесс включает перенос вешества в пределах каждой фазы и через границы их раздела. Часто межфазный массоперенос сопровождается химическими реакциями, протекаюшими в объеме или на границе раздела фаз. Перенос массы в пределах одной фазы к границе раздела называют массоотдачей [42]. [c.347] Формула (5.52) не решает вопроса о расчете процесса массоотдачи, а лишь сводит его к определению коэффициента массоотдачи (3, поскольку именно он остается неизвестным. Так как поток вещества J определяет количество массы, переносимой на единицу площади за единицу времени, а концентрация — количество вещества, содержащегося в единице объема, то при любом выборе единиц измерения количества вещества коэффициент массоотдачи имеет размерность отношения длины к времени, т. е. линейной скорости [4]. [c.347] Вместо безразмерного числа Шмидта в зависимостях (5.55) часто используют безразмерный критерий Пекле Ре = Ке Зс. [c.348] Уравнения массопередачи по форме аналогичны уравнениям массоотдачи. Однако между ними имеется важное различие. В уравнении массоотдачи движущая сила обусловлена разностью концентраций в объеме фазы и у ее границы, причем хотя последняя концентрация реально существует, но часто не поддается непосредственному измерению. В уравнении массопередачи движущей силой служит разность между концентрацией в объеме одной из фаз и некоторой фиктивной концентрацией (или Сз), не существующей в рассматриваемой системе. Уравнение массоотдачи является приближенным математическим выражением реального физического факта наличия внутри фазы градиента концентрации. Уравнение массопередачи, основанное на фиктивной концентрации, само по себе не выражает никакого физического процесса и используется только как удобный прием для расчетов [42]. [c.350] Влияние различных факторов (плотностей, вязкостей, коэффициентов диффузии, поверхностного натяжения, температуры, давления, концентраций, направления массопередачи) на коэффициенты массоотдачи и массопередачи в системах газ — жидкость обсуждается в [42]. [c.351] В ряде случаев влияния поверхностного сопротивления можно избежать. При некоторых условиях вблизи границы раздела фаз в жидкостях возможно самопроизвольное возникновение конвективных потоков, приводящее к значительному повыщению коэффициентов массоотдачи (от 3 до 10 раз). Это объясняется появлением на межфазной границе локальных градиентов поверхностного натяжения, зависящего от температуры или концентрации переносимого вещества. Такое явление (поверхностная или межфазная турбулентность), называемое также эффектом Марангони, обусловлено потерей системой гидродинамической устойчивости. Межфазная поверхность стремится перейти к состоянию с минимумом поверхностной энергии, в результате чего расширяется область с низким коэффициентом поверхностного натяжения а. Заметим, что межфазные поверхности могут терять свою устойчивость только, если при протекании массообменных или тепловых процессов происходит локальное изменение коэффициента поверхностного натяжения а так, что он убывает с ростом температуры или концентрации. В противоположном случае (или, например, противоположном направлении переноса) межфазная неустойчивость, как правило, не возникает. Этот факт подтверждают экспериментальные и теоретические исследования скоростей абсорбции и десорбции слаборастворимых газов водой [43]. [c.352] Условия возникновения неустойчивости поверхности раздела фаз зависят от соотношения вязкостей фаз, коэффициентов диффузии в них, а также от величины и знака поверхностной активности da/d и направления массопередачи. При наличии гетерогенных или гомогенных химических реакций поверхность, стабильная в их отсутствие, может потерять устойчивость [42], что приводит к усилению массопереноса [44]. Даже при незначительном торможении массопереноса в объемах фаз, например при наличии интенсивного турбулентного перемешивания, за счет эффекта Марангони удается уменьшить диффузионное сопротивление массопередаче на самой межфазной границе и тем самым интенсифицировать массообмен в целом [45]. [c.353] Массоперенос при наличии химических реакций. При протекании гетерогенной химической реакции в зависимости от соотношения между сопротивлением массопереносу внутри самой жидкой (газовой) фазы (диффузионным сопротивлением) и поверхностным (химическим) сопротивлением, обусловленным конечностью скорости протекания самого химического превращения, говорят о диффузионной, кинетической и переходной областях протекания процесса. Поверхностное сопротивление определяется как отношение концентрации у поверхности к скорости реакции. Для реакции первого порядка поверхностное сопротивление — величина, обратная константе скорости гетерогенной химической реакции. [c.353] Если диффузионное сопротивление гораздо меньше химического (медленная химическая реакция), то процесс протекает в кинетической области и полностью определяется скоростью химической реакции. В другом предельном случае, когда диффузионное сопротивление гораздо больше химического (быстрая химическая реакция), процесс протекает в диффузионной области и полностью определяется скоростью подвода реагентов за счет диффузии. В промежуточной области скорости диффузионных и химических процессов сопоставимы. [c.353] Многие процессы межфазного переноса связаны с протеканием гомогенных химических реакций. Заметим, что, например, гетерогенную химическую реакцию на поверхности пор катализатора обычно рассматривают как гомогенную во всем объеме зерна катализатора. [c.353] Вернуться к основной статье