Направление массопередачи

Распределяемое вещество всегда переходит из фазы, где его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Направление переноса распределяемого вещества можно определить с помощью линии равновесия и рабочей линии.

Пусть массопередача происходит между фазами Фу и Фх, а рабочие концентрации равны y иx, соответственно. При извлечении распределяемого компонента из газовой фазы рабочая линия расположена выше равновесной (рисунок 3.3). В этом случае для произвольно выбранной на рабочей линии точки А концентрация составляет:

у >у*;

х < х*.

у^*=f(х )

у⁼f(х)

y

 у_а

у_н

А

у

Ф_у Ф_х

у_к.

у

у_к^*

x

х_а

_.х_к^*

х^*

х_к

х

х_н

Рисунок 3.3 - Определение направления массопередачи по у-х диаграмме

Кинетика процесса абсорбции

При отсутствии равновесия между фазами происходит переход вещества из одной фазы в другую. Скорость этого процесса описывается уравнениями:

,

(3.14)

,

где М - масса вещества переходящая из газовой фазы в жидкую в единицу времени, кмоль/ч или кг/ ч;

К_у -поверхностный коэффициент массопередачи, кмоль/ (м^2.с^.Па) или кг/ (м^2.с^.Па);

F - поверхность соприкосновения фаз, м²;

x_ср., y_ср. - средняя движущая сила процесса.

Процесс массопередачи протекает в две стадии: перенос вещества из газовой фазы к поверхности соприкосновения фаз, а затем от поверхности раздела фаз в жидкую фазу. Перенос вещества внутри фазы осуществляется путем молекулярной диффузии, либо конвекцией, либо тем и другим одновременно.

Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика

, (3.15)

или

,

где dF - поверхность соприкасающихся фаз;

d - время;

- градиент концентрации;

D - коэффициент молекулярной диффузии, м²/с.

Удельный перенос вещества через единичную поверхность (F=1) в единицу времени (τ=1):

. ( 3.16)

Знак «минус» перед правой частью уравнений (3.15) – (3.16) указывает на то, что молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации распределяемого компонента.

Коэффициент D показывает, какое количество вещества диффундирует через единичную поверхность в единицу времени при градиенте концентраций равном единице.

D = f (свойств компонентов среды, t, p).

Турбулентная диффузия описывается выражением:

(3.17)

и аналогично

Таким образом, _Д показывает, какое количество вещества передается посредством турбулентной диффузии в единицу времени через единичную поверхность при градиенте концентраций равном единице.