5.1.6 Упрощенные модели массоотдачи.
Коэффициент массоотдачи зависит от многих факторов: физических свойств фазы, скорости потока, определяющих геометрических радиусов и т.д. Определение β требует совместного решения уравнений движения, неразрывности и конвективной диффузии. Это можно сделать для простейшего случая, когда известна поверхность контакта фаз и режим ламинарный. Поэтому для определения β иногда пользуются упрощёнными моделями.
Плёночная модель (Нернст, Льюис, Уитмен).
Предполагается, что вблизи межфазной поверхности располагается тонкая неподвижная или ламинарно движущаяся плёнка толщиной δэ, в которой сосредоточено всё сопротивление массоотдачи. Таким образом, эта плёнка представляет собой диффузионный пограничный слой:
(5.53)
Параметром
модели является δэ,
которая в рамках
самой модели не определяется, что
является недостатком модели. Кроме
того,
-
(прямая пропорциональность), что не
подтверждается на практике. Данная
модель пригодна лишь для качественного
анализа.
Модель турбулентного диффузионного пограничного слоя Ландау – Левича
Модель
применима для больших значений
диффузионного критерия Прандтля
.
Предполагается,
что в ядре потока концентрация вещества
постоянна, в пределах
(турбулентный подслой) концентрация
снижается, в вязком подслое
концентрация уменьшается очень быстро,
в пределах диффузионного подслоя
молекулярный перенос становится
основным.
(5.54)
Для систем жидкость – твёрдое тело m=3, для систем Г-Ж, Ж-Ж m=2.
Модель обновления (Хигби)
Модель обновления поверхности фазового контакта часто называют моделью проницания. По модели предполагается, что турбулентные пульсации постоянно подводят к поверхности раздела фаз свежую жидкость и смывают порции жидкости, уже прореагировавшей с газом (паром), т.е. каждый элемент поверхности жидкости взаимодействует с газом (паром) в течение некоторого времени t, после чего данный элемент обновляется. Предполагается, что t=const для всех элементов поверхности.
Формула Хигби:
(5.55)
Кишиневский, как и Хигби принимает время контакта t=const, но учитывает ещё турбулентные пульсации. Тогда в формуле (5.55) вместо D надо принимать (D+Dт).
Недостаток модели: неизвестно как определить t.
5.17. Классификация и основы расчета массообменных аппаратов
Массообменные аппараты могут подразделяться по различным признакам:
по способу организации процесса:
— периодические,
— непрерывные;
по расположению в пространстве:
— вертикальные,
— горизонтальные,
— наклонные;
по давлению в аппарате:
— атмосферное,
— под избыточным давлением,
— под вакуумом;
по назначению: абсорберы, перегонные аппараты, ректификационные колонны, экстракторы, адсорберы, сушилки, кристаллизаторы и т.д.;
по способу организации контакта фаз:
— с непрерывным контактом фаз (плёночные, насадочные),
— со ступенчатым контактом фаз (тарельчатые);
по конструкции (будет рассматриваться при изучении конкретных типовых процессов).