Материальный баланс процессов массообмена

Рассмотрим схему движения потоков в противоточном ап­парате для массообмена (рис. 16-2). В аппарат поступают фа­зы G (например, газ) и L (например, жидкость). Пусть расход носителя в фазе G составляет G кг/сек, а в фазе L равен L кг\сек. Содержание распределяемого компонента, выраженное в виде относительных весовых составов, в фазе G обозначим через У, в фазе L — через X.

Предположим, что распределяемый компонент переходит из фазы G в фазу L (например, абсорбируется из газовой смеси жидкостью), причем содержание этого компонента в фазе G уменьшается от Y₁ (на входе в аппарат) до У₂ (на выходе из аппарата). Соответственно содержание этого же компонента в фазе L увеличивается от Х₂ (при входе в аппарат) до Xi (на выходе из аппарата).

Носители не участвуют в процессе массообмена; следовательно, их количества G и L не изменяются по длине аппарата. Тогда количество компонента, перешедшего из фазы G, составит:

М = О Y_x - О У₂ = О (Y_x — Y₂) кг/сек

и количество компонента, перешедшего в фазу L:

M=LX_X — LX₂ = L {Х_х — Х₂) кг/сек

Оба эти количества равны, поэтому можно записать уравне­ние материального баланса в следующем виде:

y₁-y₂=l(x₂-x₁)

y= f(x) – уравнение рабочей линии

Уравнение рабочей линии представляет собой прямолинейную зависимость y=a+bx, где , а=y₁-lx₂, a=y₂-lx₁

Расчет расхода поглотителя

Степень очистки (извлечения) – это отношение количества фактически поглощенного компонента к количеству поглощенного при полном извлечении.

η - степень извлечения

При уменьшении угла наклона рабочей линии уменьшается расход поглотителя.

Минимальный расход поглотителя соответствует линии ВА''.

На практике расход поглотителя принимается на 10-20% больше. Тогда:

, где

Z – коэффициент избытка поглотителя

Z = 1,1-1,2

Механизм и скорость процесса абсорбции

Согласно пленочной теории, сопротивление процессу массопередачи сводится к сопротивлению очень тонких слоев на границе раздела фаз. Тогда скорость процесса массопередачи имеет вид:

R – сопротивление процессу массопередачи

При массопередаче в газовой фазе скорость процесса равна:

r – сопротивление газовой пленки, или:

β_г= - коэффициент массоотдачи в газовой фазе

Скорость массопереноса для жидкой фазы:

β_ж= - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе.

В условиях равновесия у* = mx. Следовательно, х=

На границе раздела фаз: у_гр = mx_гр. Следовательно, x_гр=

Тогда для жидкой фазы:

Суммарный массоперенос через обе фазы:

- уравнение скорости массопередачи

-коэффициент массопередачи

Расчет β_г и β_ж представляет собой сложный и длительный процесс.

Средняя движущая сила и методы расчета процессов массопередачи.

Средняя движущая сила процесса изменяется по высоте аппарата, поэтому в расчетные формулы подставляется величина средней движущей силы.

- средняя логарифмическая движущая сила

Если , то формулу можно упростить:

Однако, часто средняя логарифмическая движущая сила не отражает процессов, происходящих в аппарате, так как, например, линия равновесия не всегда является прямой.