2. Основное уравнение массопередачи

Основной закон массопередачи можно сформулировать, исходя из общих физических кинетических закономерностей химико-технологических процессов: скорость процесса равна движущей силе, делённой на сопротивление, то есть

,

где - количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую;- поверхность фазового контакта;- время;- движущая сила массообменного процесса;- сопротивление.

Если вместо взять обратную величину- коэффициент скорости или, как его называют в рассмотренном явлении, коэффициент массопередачи, предыдущее уравнение имеет вид:

(11.5)

При условии, когда отнесено к единице времени, уравнение (11.5) можно переписать так:

(11.6)

Уравнения (11.5) и (11.6) называются основными уравнениями массопередачи.

В аппаратуре, используемой для проведения массообменных процессов, равновесные концентрации распределяемого вещества никогда не достигаются. Действительные концентрации распределяемого вещества, илирабочие концентрации, всегда отличаются от равновесных.Разность между этими концентрациями, характеризующая степень отклонения от равновесия, и представляет собой движущую силу массообменных процессов.

3. Материальный баланс массообменных процессов

В общем виде материальный баланс массообменных (диффузионных) процессов может быть составлен на основе следующих рассуждений. Обозначим весовые скорости распределяющих фаз вдоль поверхности их раздела, выраженные в килограммах инертного вещества в час, через и, а концентрация распределяемого вещества соответственнокг/кг инертного вещества икг/кг инертного вещества.

(11.10)

Для противоточного взаимодействия фаз может быть получено уравнение:

(11.12)

Из этих уравнений следует, что концентрации распределяемого вещества в фазах исвязаны линейной зависимостью. Поэтому удобно процессы массообмена представлять графически в координатах, то есть в виде зависимости между так называемыми рабочими концентрациями. Уравнение прямой, выражающей зависимость между рабочими концентрациями, называют обычнорабочей линией процесса.

4. Движущая сила массообменных процессов.

Движущая сила массообменных процессов определяется степенью отклонения от равновесия или «расстоянием» от равновесия. Последнее определяется разностью между рабочей и равновесной концентрациями или равновесной и рабочей, в зависимости от того, какие из них больше. Движущую силу можно выражать либо через концентрации распределяемого вещества в фазе , то есть через, либо через концентрации его в фазе, то есть через.

Во всех случаях, движущей силой процесса будет разность между рабочей и равновесной концентрациями, взятая с положительным знаком.

Из изложенного следует, что основное уравнение массопередачи можно записать двояко:

(11.13)

и

(11.14)

Движущая сила меняется с изменением рабочих концентраций, поэтому для всего процесса массообмена, протекающего в пределах изменения концентраций от начальных до конечных, должна быть определена величина средней движущей силы.

При определении величины средней движущей силы могут встретиться два случая:

1. зависимость между равновесными концентрациями не линейна; для этого случая равновесная концентрация определяется общей функциональной зависимостью ;

Величина средней движущей силы для случая .

,

Подобная структура уравнений сохранится и в тех случаях, когда вместо концентраций используют другие параметры, характеризующие систему: энтальпию, химический потенциал.

2. зависимость между равновесными концентрациями линейна, то есть (где- постоянная величина).

В случае когда между равновесными и рабочими концентрациями существует прямолинейная зависимость, для определения средней движущей силы и числа единиц переноса могут быть выведены более простые соотношения.

,

где - движущая сила в начале поверхности фазового контакта;- движущая сила в конце поверхности фазового контакта.

где - движущая сила в начале поверхности фазового контакта;- движущая сила в конце поверхности фазового контакта.

Следовательно, для прямолинейной равновесной зависимости средняя движущая сила процесса определяется как средняя логарифмическая между движущими силами в начале и в конце поверхности фазового контакта.