13. Общее выражение массопередачи и объяснить значение его составляющих. Сопоставить его с уравнением теплопередачи и провести аналогию.

В соответствии с двумя возможными способами выражения движущей силы процесса массопередачи – газовой фазе (Δу=у*‒у) или по жидкой фазе (Δх=х‒х*) – уравнение массопередачи, аналогичное уравнению теплопередачи, может быть написано в двух видах:

М=К_уΔу_срFτ

Или

М=К_хΔх_срFτ,

где М – расход компонента, переходящего из одной фазы в другую, кмоль/с; F – площадь поверхности массопередачи, м²; К_у – коэффициент массопередачи, отнесенный к движущей силе Δу, выраженной через мольные доли компонента в газовой фазе, кмоль/(м²∙с); К_х – коэффициент массопередачи, отнесенный к движущей силе Δх, выраженной через мольные доли компонента в жидкой фазе, кмоль/(м²∙с); Δу_ср и Δх_ср – соответствующие средние для всего процесса движущие силы.

Подобно теплообмену массообмен характеризуется количеством вещества М, переходящего из от одной фазы в другую (диффузионный поток) за время τ, пропорционально движущей силе процесса Δу_ср (Δх_ср) и площади поверхности F. Величины М, F и τ связаны между собой коэффициентом пропорциональности К, носящим название коэффициента массопередачи.

14. Написать основные критерии подобия массообменных процессов и объяснить их физический смысл. Какой критерий является определяемым и какая величина рассчитывается из этого критерия? Сопоставить критерии массопередачи с критериями теплопередачи.

Общность дифференциальных уравнений конвективного теплообмена и массопередачи позволяет считать, что основные критерии подобия диффузионных процессов должны иметь одинаковый вид с критериями подобия тепловых процессов.

Критерий , характеризующий обмен вещества на границе фаз, по своей структуре совершенно аналогичен критерию Нуссельта (Nu), характеризующему теплообмен на границе:

И поэтому его обозначают :

,

где К_у – коэффициент массопередачи, м/ч; l – характерный линейный размер, м; D – коэффициент диффузии, м³/ч

Критерий характеризует обмен вещества в движущейся среде, аналогичен критерию Пекле , и поэтому его обозначают:

Вместо критерия Ре' удобно ввести аналог теплового критерия Прандля:

или

Если действием объемных сил (сил тяжести) можно принебречь, то критериальное уравнение массопередачи записывается как:

Nu'=f(Rе, Рr') или

Вид этой функции находят опытным путем, для чего его преобразовывают:

И числовые значения коэффициентов А, m, n находят из опытных данных. В этом уравнении критерии Rе и Рr' являются определяющими, а Nu' – определяемым.

Критерий Вебера Wе учитывает зависимость массопередачи от поверхностного натяжения σ:

Однако эта зависимость не вытекает непосредственно из дифференциальных уравнений диффузии и недостаточно согласуется с опытными данными

Из совместного решения уравнения для процесса теплоотдачи в вынужденном потоке и массопередачи в тех же гигротерммических условиях имеем:

Таким образом, результаты исследования процессов массопередачи можно переносить на процессы теплопередачи, протекающие в подобных условиях, и, наоборот, результаты исследования процессов теплоотдачи на процессы массопередачи.