1.5. Расчет коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи находят из уравнения аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений, :

,

(12)

Как следует из этого уравнения, в предлагаемой методике рассчитывается коэффициент массопередачи по газовой фазе.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе для регулярных насадок (деревянная хордовая, керамические кольца Рашига в укладку) находят из уравнения

,

(13)

где – диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Тогда коэффициент массоотдачи в газовой фазе в размерности равен:

,

(14)

где – эквивалентный диаметр насадки, м; – критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке; – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; – высота элемента насадки, м.

Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно находить из уравнения

,

(15)

В этом случае коэффициент массоотдачи в газовой фазе в размерности равен:

,

(16)

Значения коэффициентов диффузии в воздухе для некоторых газов и паров приведены в [3]. При отсутствии экспериментальных данных коэффициент диффузии газа в газе может быть вычислен по формуле, :

,

(17)

где и – мольные объемы инертного и поглощаемого газов (табл. 4 и 5.)

Таблица 4

Атомные объемы некоторых элементов

Элемент	Атомный объем,
	27,0
	14,8
	24,6
	3,7
в первичных аминах	10,5
во вторичных аминах	12,0
с двумя насыщенными связями	15,6
с двумя насыщенными связями	7,4
в альдегидах и кетонах	7,4
в сложных эфирах	9,1
в простых эфирах	9,9
в высших эфирах	11,0
в кислотах	12,0
в соединениях с , ,	8,3
	25,6
	37,0

Таблица 5

Мольные объемы некоторых газов

Газ	Мольный объем,
	14,3
	25,6
	31,2
Воздух	29,9
	30,7
	34,0
	44,8
	Окончание табл. 5
Газ	Мольный объем,
	23,6
	36,4
	25,8
	18,9
	32,9
	51,5
	48,4
	53,2
	71,5

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и неупорядоченных насадок:

(18)

где – диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы. Тогда коэффициент массоотдачи в жидкой фазе в размерности определяется:

(19)

где – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м; – модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости; – диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

Значения коэффициентов диффузии некоторых газов в воде приведены в [3]. В разбавленных растворах коэффициент диффузии газа в жидкости может быть достаточно точно вычислен по уравнению, :

(20)

где – параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя и равный для воды ; – мольный объем поглощенного газа.

Коэффициент диффузии газа в жидкости при можно вычислить и по другой формуле, :

(21)

где и – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного газа и растворителя. Значения коэффициента для некоторых веществ, растворенных в воде, равны: для газов ; этилового спирта ; метилового спирта ; уксусной кислоты . Коэффициент равен: для воды ; не ассоциированных жидкостей .

Коэффициент диффузии газа в жидкости при температуре связан с коэффициентом диффузии при [см. уравнение (21)] приближенной зависимостью:

(22)

в которой температурный коэффициент может быть определен по формуле

(23)

где – вязкость жидкости при , ; – плотность жидкости при , .

После определения коэффициентов массоотдачи в газовой фазе по формуле (14) или (16) и в жидкой фазе по формуле (19) их необходимо перевести в выбранную для расчета размерность , умножив коэффициент массоотдачи в газовой фазе на плотность газа, а коэффициент массоотдачи в жидкой фазе – на плотность жидкости. Далее находится коэффициент массопередачи по уравнению (12).