ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Коэффициенты конвективной массопередачи из "Гидродинамика, теплообмен и массообмен" Массопередача может происходить в одной фазе, например в газообразной среде, в которой вещество испаряется с одной поверхности и конденсируется на другой. Массопередача может также протекать как сложный процесс переноса вещества из объема одной фазы к границе раздела, а затем в объем второй фазы. Если пренебречь межфазными сопротивлениями, то полное сопротивление массопередаче в первом случае равно сопротивлению одной газовой фазы. Во втором случае полное сопротивление равно сумме сопротивлений двух последовательно расположенных фаз. Этими фазами обычно являются либо две несме-шивающиеся жидкости, либо газ и жидкость. [c.471] Уравнения количества переданного вещества записывают с разностью составов в качестве движущей силы, и никаких затруднений не встречается, когда они относятся к одной фазе. Однако, если желательно определить полное количество переданного вещества, то разность истинных составов двух фаз не будет соответствовать движущей силе. Эта разность обычно существует даже когда фазы находятся в равновесии. Во избежание затруднений состав одной из фаз выражают через равновесный состав, т. е. состав, который имела бы другая фаза, если бы она находилась в равновесии с первой. Этим путем суммарную движущую силу выражают через состав только одной из фаз. [c.472] Если в системе не происходит никаких химических превращений, то величина С вырая ает число химических соединений или свободных элементов в системе. При наличии химической реакции С выражает число химических соединений и свободных элементов за вычетом числа химических равновесий или других ограничений, накладываемых на химическое поведение системы. [c.472] Правило фаз можно рассматривать по аналогии с системой алгебраических уравнений с независимыми переменными. Число переменных минус число уравнений определяет, скольким переменным можно дать произвольные значения. Это сопоставимо с числом степеней свободы в физической системе. В системе алгебраических уравнений, когда число переменных и число уравнений равны, ни одно из переменных не может быть определено произвольно. Примером этого в фазовом равновесии является существование тройной точки , т, е. случай, когда одно индивидуальное вещество существует в трех равновесных фазах. Согласно правилу фаз, V имеет в этом случае нулевое значение, означающее, что может быть только одна совокупность условий, при которой эти три фазы сосуществуют. Ни одна из степеней свободы, таких как давление или температура, не может быть изменена, чтобы не вызвать исчезновения одной из фаз. [c.472] Процессы дистилляции и ректификации могут оперировать бинарными или многокомпонентными смесями. В случае бинарной двухфазной системы существуют только две степени свободы. Это значит, что если давление и температура постоянны, то составы равновесных фаз не могут изменяться. Обычно при расчете процессов дистилляции или ректификации бинарных смесей задаются давлением и одним из составов. В таких случаях температура является постоянной и может быть найдена путем соответствующих расчетов. [c.473] В процессах увлажнения воздуха можно рассматривать как один компонент, так как он не вступает в химические реакции и всегда сохраняет неизменным отношение между своими составными частями. По этой причине в процессах сушки рассматриваются лишь два индивидуальных компонента — воздух и вода. Падкольку в этих системах существуют две фазы, то число степеней свободы равно двум. Большая часть сушильных установок работает под атмосферным давлением, так что остается контролировать только одно переменное. Таким образом, при наличии равновесия выбор температуры однозначно предопределяет концентрацию воды в газовой фазе (влагосодержание). [c.473] Здесь будут рассмотрены некоторые уравнения для расчета равновесных составов. Эти и многие другие полезные уравнения равновесия можно найти в книгах по физической химии. Мы ограничимся рассмотрением лишь некоторых простых уравнений, относящихся к равновесию систем пар — жидкость и газ — жидкость. Другие зависимости будут рассмотрены в последующих главах — по мере надобности. [c.473] Выражение (32. 2) справедливо как для идеальных, так и для реальных газов. Так как сумма мольных долей компонентов смеси равна единице, то сумма парциальных давлений всегда равна полному давлению. [c.474] Паро-жидкостная смесь бензола и толуола находится в равновесии при 80 С. Паровая фаза содержит 65% мол, бензола и 35% мол. толуола. Требуется найти полное давление в системе и состав жидкой фазы в предположении, что она является идеальным раствором, а паровая — идеальным газом. Упругости паров бензола и толуола при ВО С равны соответственно 756 и 287 мм рт. ст. [c.475] Составить уравнения равновесных составов пара и жидкости в системе с постоянным давлением, в которой фазы ведут себя как идеальный газ и идеальная жидкость. [c.476] Понятие о коэффициентах массоотдачи уже было рассмотрено в гл. 30, и эти коэффициенты были определены уравнениями 30. 1) и (32, 47). В этом разделе мы рассмотрим коэффициенты массоотдачи более подробно. [c.476] Количество переданного вещества выражается в тех же единицах, что и в уравнении (33. 5). Мольная доля растворенного вещества в газовой фазе близ поверхности равна Предполагается, что это тот состав, который был бы в условиях равновесия при той же температуре и том же давлении. Величина у равна обычно или мольной доле растворенного вещества на границе диффузионного пограничного слоя, или мольной доле при средней концентрации потока. Коэффициент массопередачи ку имеет ту же размерность, что и кх, но, как показывает индекс, его ну кно сочетать с движущей силой, выраженной в мольных долях газовой фазы. [c.478] В системе, в которой контактируют газ и жидкость, у и х являются мольными долями при средних концентрациях соответствующих фаз. [c.478] Даже если коэффициенты ку и для системы постоянны, общий коэффициент может изменяться с изменением т. Величина т, как мы уже видели, является функцией концентрации, температуры и полного давления она обычно постоянна только для разбавленных растворов нри постоянной температуре в колонне с незначительным перепадом давления. Уравнения (33. 20) и (33. 21), как будет показано ниже, неточны, если равновесная линия искривлена, т. е. т непостоянно. [c.480] Сказанное выше проиллюстрировано рис. 33. 3. Из материального баланса участка массообменного аппарата (например, абсорбционной колонны), как было показано в гл. 37, следует наличие алгебраической зависимости между составами газа и жидкости в любом горизонтальном сечении аппарата, т. е. при любом значении Эта зависимость представлена на рис. 33. 3 верхней кривой, называемой рабочей линией. Положение этой. пинии зависит от составов на концах колонны и от расходов обеих фаз. [c.480] Оправданием применения коэффициентов массопередачи является недостаточная точность большинства данных по массообмену. Средние квадратичные отклонения в 20—30% являются обычными, так что ошибки, вводимые при расчете коэффициента массопередачи, не могут быть существенными. Недостаточная точность экспериментальных данных объясняется трудностью получения воспроизводимых значений составов и скоростей в таких аппаратах, как насадочная абсорбционная колонна. [c.482] Так как в данном частном случае к- =, то уравнение (33. 24) служит также определением к . [c.483] Коэффициенты конвективной массоотдачи были определены по аналогии с коэффициентами теплоотдачи. Чтобы узнать скорость переноса, нужно умножить удельный поток на поверхность, через которую происходит перенос. Такая интерпретация возможна в теплообменнике или при массопередаче между твердой поверхностью и жидкостью. Однако межфазную поверхность между жидкостью, стекающей вниз по насадке абсорбционной колонны, и газом, поднимающимся по колонне, трудно измерить или рассчитать, так что она зачастую неизвестна. То же относится к распылительным скрубберам и аппаратам для жидкостной экстракции. [c.484] В насадочных абсорбционных колоннах величина а не равна поверхности насадки в единице ее объема. Поверхность контакта между газом и жидкостью в единице объема колонны является функцией скоростей газа и жидкости и не обязательно изменяется в том же направлении, что и коэффициент конвективной массоотдачи [152]. [c.485] Мы дадим здесь только понятие о единице переноса. Основания для методов расчета числа единиц переноса в контактном аппарате будут приведены в гл. 37. [c.485] Вернуться к основной статье