Тема:

Моделирование массообменных процессов

План лекции:

1. Общие положения

2. Фазовое равновесие

3. Материальный баланс

4. Движущая сила процесса

5. Основные законы массопередачи

6. Числа подобия

1. Общие положения

Процессы массопередачи характеризуются переносом ве-щества. Этот перенос осуществляется обычно из одной фазы в другую, поэтому для процессов массопередачи характерно наличие двух фаз. Вещества, которыми обмениваются фазы, должны пройти три стадии:

1. переместиться внутри одной из фаз к поверхности раздела фаз;

2. пересечь поверхность раздела;

3. удалиться от поверхности раздела внутрь другой фазы

Y > Yр Y X

Движущей силой процессов массопередачи является разность концентраций между данной и равновесной, при которой процесс прекращается. Поэтому предельным состоянием процесса является достижение равновесия системы.

При расчете и анализе процессов массопередачи всегда рассматривают следующие три стороны явлений.

1. Необходимые и достаточные условия для существования данного количества фаз и законы распределения компонентов в них, определяемые правилом фаз и законами равновесия.

2. Необходимые и достаточные условия, создаваемые для проведения процессов, так называемые рабочие условия, определяемые путем задания начальных и конечных концентраций перерабатываемых продуктов и их количеств. Связь между заданными количествами и концентрациями устанавливается путем составления материальных балансов, в конечном виде дающих так называемые рабочие линии процесса.

3.   Необходимые и достаточные условия, определяющие скорость перехода вещества из одной фазы в другую, зависящие от разности равновесной и рабочей концентраций (движущей силы процесса), физических свойств систем и гидродинамической обстановки процесса. Связь между этими факторами устанавливается с помощью уравнений диффузионной кинетики.

При расчете и анализе процессов массопередачи всегда рассматривают следующие три стороны явлений.

1. Необходимые и достаточные условия для существования данного количества фаз и законы распределения компонентов в них, определяемые правилом фаз и законами равновесия.

2. Необходимые и достаточные условия, создаваемые для проведения процессов, так называемые рабочие условия, определяемые путем задания начальных и конечных концентраций перерабатываемых продуктов и их количеств. Связь между заданными количествами и концентрациями устанавливается путем составления материальных балансов, в конечном виде дающих так называемые рабочие линии процесса.

3.   Необходимые и достаточные условия, определяющие скорость перехода вещества из одной фазы в другую, зависящие от разности равновесной и рабочей концентраций (движущей силы процесса), физических свойств систем и гидродинамической обстановки процесса. Связь между этими факторами устанавливается с помощью уравнений диффузионной кинетики.

2. Фазовое равновесие

Фазовое равновесие определяется правилом фаз: Число компонентов (К) в системе плюс 2 равно числу фаз (Ф) плюс число параметров в системе (N), которое можно менять, не нарушая равновесия в системе

К + 2 = Ф + N.

В процессах массопередачи можно иметь двух- и многокомпонентные системы. Содержание компонентов выражается различно. В весовых процентах и долях:

Компоненты А и В a — % (вес.)

b — % (вес.)

В молярных процентах и долях x_a — % (моль)

x_b — % (моль)

В парциальных упругостях Р_а,Р_b .

В процессах массопередачи участвуют обычно двухфазные системы, для которых Ф = 2. При наличии двух компонентов в системе К = 2, тогда число параметров будет равно N = 2.

N = К + 2 – Ф = 2

В соответствии с этим равновесие определяется комбинацией следующих параметров:

x – p, x – t, y – x,

где y — содержание компонента в одной фазе;

x — равновесное содержание его в другой.

Равновесные соотношения могут быть представлены в таблицах и графиках.

Графическое представление равновесия двухфазных систем в практике расчета процессов чаще всего дается в координатах y – x.

При малых концентрациях обычно имеет место линейный закон распределения компонентов в фазах.

Графическое представление равновесия трехкомпонентных систем удобно в треугольных диаграммах (равносторонние треугольники).