Массообменные процессы
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
?исят от соотношения рабочих и равновесных концентраций.
Концентрации участвующих в массообменных процессах фаз могут иметь различную размерность (кг/кг, кмоль/м3 и т.п.). Обычно состав фаз выражают в массовых или молярных долях, относительных или объемных концентрациях.
№КонцентрацияОбозначение концентрации компонента Ав жидкой фазев газовой (паровой) фазе1Мольная доля, кмоль А/кмоль(А+В)ху2Массовая доля, кг А/кг (А+В)ху3Относительная мольная концентрация (доля), кмоль А/кмольВХУ4Относительная массовая концентрация (доля), кг А/кг ВХУ5Объемная мольная концентрация,кмоль А/м3 (А+В)СхСу6Объемная массовая концентрация, кг А/м3 (А+В)СхСу
Связь между составом фаз при равновесии:
у* = f(х)
где у* - равновесная относительная мольная доля целевого компонента в газовой (паровой) фазе
График этой зависимости - линия равновесия.
у* = mрх, где mр= у*/х - коэффициент распределения
Коэффициент распределения - отношение составов фаз при равновесии. Коэффициент распределения -tg?- угла наклона линии равновесия tg?= mр
Материальные балансы массообменных процессов зависят от способа их проведения. Различают однократное, непрерывное и ступенчатое взаимодействие фаз.
В массообменных аппаратах непрерывного действия процесс может происходить при непрерывном контакте фаз (например, в абсорбционных аппаратах пленочного типа, представляющих собой, по существу, кожухотрубчатый теплообменник, по внутренним поверхностям трубок которого течет пленка жидкости, а навстречу этой жидкости движется газ). При этом концентрации распределяемого вещества в фазах изменяются монотонно.
Рис.1. К составлению материального баланса при непрерывном контакте фаз в условиях противотока (а) и прямотока (б)
При непрерывном противотоке, наиболее часто используемом в технике (рис.1, а), материальный баланс для произвольного сечения аппарата при бесконечно малом пути выражается следующими соотношениями:
ун> ук - мольная доля компонента в газовой фазе
хк> хн - мольная доля компонента в жидкой фазе
М г = G(ун- ук) - мольный расход компонента, перешедшего из газовой фазы
М ж = L(хк- хн) - мольный расход компонента, перешедшего в жидкую фазу.
Поскольку один и тот же компонент переходит из газовой фазы в жидкую, то М г = М ж
(ун- ук) = L(хк- хн) (7.8)
Для произвольного сечения аппарата, в котором текущие составы целевого компонента равны Х и У, уравнение материального баланса для верхней части аппарата:
(ун- у) = L(хк- х)
При малом изменении величин G и L по высоте аппарата
у= ун -(L/ G) (хк- хн) (7.9)
Соотношение называют уравнением рабочей линии (уравнением линии рабочих концентраций) непрерывного противоточного массообменного процесса. Оно выражает связь составов взаимодействующих фаз в произвольном сечении аппарата. При L/ G = соnst. рабочая линия прямая. Если L/G ? соnst., то рабочая линия отклоняется от прямой.
В потоке идут два вида массопереноса - молекулярный и конвективный.
Молекулярная диффузия - переход распределяемого вещества в неподвижной среде из внутренних слоев данной (первой) фазы к поверхности раздела фаз и, пройдя ее, распределение по всему объему другой фазы, находящейся в контакте с первой. Она является следствием теплового движения молекул (ионов, атомов), которому оказывают сопротивление силы внутреннего трения.
Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика:
dМ= -DdFd?дс /дп
Для всей поверхности F диффузии первый закон Фика выразится как
М =-DF?дс /дп
где D-коэффициент молекулярной диффузии; F - поверхность, нормальная к направлению диффузии; дс/дп- градиент концентраций вещества на единицу длины пути п диффундирующего вещества; знак минус связан с уменьшением градиента концентраций дс/дп по длине пути диффузии.
Коэффициент молекулярной диффузии D зависит от природы диффундирующего вещества. Поэтому он не связан с динамикой процесса и характеризует способность вещества проникать в какую-либо среду. Найдем его размерность из выражения: [D]= [м2/с ], откуда следует, что коэффициент молекулярной диффузии D показывает, какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице. Коэффициент молекулярной диффузии D является аналогом коэффициента температуропроводности ?.
Значения D находят по справочникам или рассчитывают. Коэффициент диффузии зависит от температуры (увеличивается с повышением температуры) и для газов - от давления (с увеличением давления D г снижается).
Для газовой среды D г ? 1 см2/с, для конденсированной (жидкой) средыж ? 1 с/сут, откуда следует, что молекулярная диффузия в жидкостях, а тем более в твердых телах - процесс очень медленный.
Конвективный перенос (конвективная диффузия) характеризуется перемещением (переносом) вещества движущимися частицами потока в условиях турбулентного движения фаз. Конвективный перенос вещества под действием турбулентных пульсаций иногда называют турбулентной диффузией.
Конвективный массоперенос - процесс переноса вещества при движении жидкости или газа. Этот процесс происходит как бы механически - макрообъемными частицами жидкостного или газового потока.
Массоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на естественную и вынужденную, или принудительную. При естественной массоотдаче движение жидкости происходит вследствие разности плотносте?/p>