57. Равновесие при массопередаче. Линия равновесия. Движущая сила массопередачи.

Процесс массопередачи характеризуется переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую.Наиболее часто процессы массопередачи используется для разделения гомогенных систем. В основе равновесия лежит правило фаз:

Ф+С=К+2.

Ф-число фаз;С-число степеней свободы;К-число компонентов;

Это правило указывает число параметров, которые можно менять произвольно при расчете равновесия. В условиях равновесия некоторому значению х отвечает строго определенная равновесная концентрация в другой фазе у^*. Соответственно концентрации у отвечает равновесная концентрация х^*. Связь между этими концентрациями выражается:

у^* = f(х) или х^* = f(у)

Любая из этих зависимостей изображается линией равновесия.Для разбавленных растворов линия равновесия близка к прямой и имеет вид:

у^*=а+m*х

Скорость перехода вещ-ва из одной фазы в другую прямопропорциональна разности между фактической концентрацией вещ-ва в данной фазе и равновесной.Эта разность называется движущей силой процеса:

Δу=у-у^* ; Δх=х^*-х

Величина движущей силы массопередачи зависит от условий равновесия, от распределения текущих рабочих концентраций, а также от способа создания поверхности контакта.

Средняя движущая сила для отдающей фазы:

Средняя движущая сила для принимающей фазы:

В тех случаях если линия равновесия описывается линейным уравнением для расчета движущей силы можно применить упрощенную формулу:

Приведенные методы вычисления движущей силы применимы при расчетах массообменных аппаратов, когда состав фаз выражен через абсолютные доли или через относительные доли.

58. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ФАЗАМИ. КАК ВЛИЯЕТ РАВНОВЕСИЕ НА ПЕРЕХОД ВЕЩ-ВА ИЗ ОДНОЙ ФАЗЫ В ДРУГУЮ.

Влияние давления и температуры на равновесие можно рассмотреть на примере абсорбции. Для идеальных растворов зависимость между парциальным давлением растворенного газа А и его концентрацией х_А в жидкости выражается законом Генри:

Р^*_А = Е*х_А

Где Е – константа Генри.

Парциальное давление газа А можно выразить через его концентрацию в газовой фазе (у_А) с помощью закона Дальтона:

Р^*_А = Р*у_А

Где Р – общее давление.

У^*_А =(Е/Р)*х_А это уравнение представляет собой уравнение Генри в состоянии равновесия в виде прямой линии, выходящей из нуля в координатах х-у под углом α. Угол наклона равновесной линии меняется в зависимости от температуры и давления в аппарате. С увеличением температуры тангенс α увеличивается, а с увеличением давления – уменьшается. Это говорит о том, что растворимость газов с увеличением температуры уменьшается, а с увеличением давления – увеличивается.

В состоянии равновесия скорость перехода из одной фазы распределяемого вещества в другую и наоборот становится одинаковой. В состоянии равновесия любой концентрации х соответствует у^*, любой концентрации у - х^*. Скорость перехода вещества из одной фазы в другую прямопропорциональна разности между фактической концентрацией этого вещества в данной фазе и равновесной концентрацией – движущая сила процесса: Δу=у-у^* ; Δх=х^*-х

59. Уравнение массопередачи от ядра одной фазы к ядру второй фазы через поверхность раздела фаз.

Поскольку практически невозможно измерить концентрации фаз непосредственно у границы их раздела, то основное уравнение массопередачи, определяющее количество М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени можно записать:

М=К_у*F*(y-y^*)

М=К_x*F*(x^*-x)

Где – у^*, х^* - равновесные концентрации в данной фазе, соответствующие концентрациям распределяемого вещества в основной массе (ядре) другой фазы; К_у и К_х - коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации фаз Ф_у и Ф_х, М – количество вещества, переходящее из фазы в фазу за единицу времени, или нагрузка аппарата.

Движущая сила процесса при такой записи выражается разностью между рабочей и равновесной концентрацией (или наоборот), отражающей меру отклонения системы от состояния равновесия.

Но концентрации фаз меняются при их движении вдоль поверхности раздела, соответственно этому меняется движущая сила массопередачи. Поэтому в уранение вводят величину средней движущей силы ( или ).

Откуда

60. Коэффициент массопередачи (К_у и К_х) показывает, какое количество вещества переходит из фазы в фазу за единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе массопередачи, равной единице.

Коэффициент массопередачи могут выражаться в м/сек, кг/(м²*сек), кг/[м²*сек*(мол*доли)] и в сек/м.