Разделение гомогенных систем

Вторые вопросы

1. Основное уравнение массопередачи. Уравнения движущей силы. Коэффициент массопередачи.

Массопередача — перенос вещества внутри одной фазы к границе раздела, через границу раздела и перенос вещества внутри другой фазы.

M =K_y*Δу_ср*F

M=K_y*Δх_ср*F – основные уравнения массопередачи,

Где: М – кол-во переносимых компонентов;

F – поверхность соприкосновения;

Δу/х – средняя движущая сила

K _у/K_х - коэффициенты массопередачи, определяют массу распределяемого вещества, переходящего из одной фазы в другую за единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе равной единице. (характеризует скорость процесса переноса вещества из одной фазы в другую) Размерность зависит от размерности движущей силы.

Средняя движущая сила массопередачи:

(при кривой линии равновесия)

Для прямой линии равновесия:

2. Уравнения массоотдачи. Коэффициент массоотдачи.

Массоотдача — процесс переноса вещества внутри одной фазы к границе раздела или от нее.

П ри переносе вещества из газовой фазы в жидкую:

Где: М – кол-во переносимых компонентов;

F – поверхность соприкосновения;

β _у и β_х - коэффициенты массоотдачи по фазам, характеризуют количество вещества, передаваемого совместно диффузией и конвекцией через единицу поверхности в единицу времени при разности концентраций внутри фазы и на границе раздела равной единице. (Размерность такая же, как и коэффициента массопередачи - зависит от размерности движущей силы).

3. Соотношение коэффициентов массопередачи и массоотдачи. Лимитирование сопротивления массопереоноса.

С оотношение коэффициентов выводится из дифференциальной формы уравнений массопереноса.

Э то - уравнение аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений. Это уравнение свидетельствует, что общее сопротивление массопередаче складывается из частных сопротивлений в фазах.

m – коэффициент распределения (тангенс угла касательной к равновесной линии).

r — фазовые диффузионные сопротивления;

R — общее диффузионное сопротивление, выраженное в единицах газовой фазы.

П оложение линий равновесия:

1. Хорошо растворимый газ. Например, аммиак в воде (NH3-H2O) ; хлористый

водород в воде (HCl-H2O). В этом случае m-мало, r_x – очень мало. Все сопротивление массопередаче сосредоточено в газовой фазе K_y≈β_у. Процесс переноса определяется скоростью диффузии вещества в газовой фазе (лимитируется газовой фазой). Процесс в жидкости идет очень быстро. Для увеличения массопереноса надо турбулизировать поток газа.

2. Плохо растворимые газы. Например, N2; O2; CO2 в воде.

В этом случае m-велико; тогда r_y- очень мало.

Тогда: K_x≈β_x. Все сопротивление сосредоточено в жидкой фазе и именно ее необходимо турбулизировать.

4. Теоретическая ступень разделения (теоретическая тарелка).

Т еоретическая ступень разделения — аппарат или часть аппарата, из которого выходят фазы, находящиеся в состоянии равновесия. (Изменение состава пара в объеме тарелки)

Состояние равновесия для n-го участка:

Расчет можно выполнить графически:

Чем больше теоретических тарелок доступно в колонке, тем больше уравновешивания между неподвижной и подвижной фазами и тем лучше качество разделения. Условием эффективного разделения является высокое значение числа теоретических тарелок (N) и низкое значение высоты теоретической тарелки (H).

Расчёт массообменного процесса сводится к определению минимально необходимого (при заданных материальных потоках) числа теоретических тарелок (теоретических ступеней разделения), после чего определяется необходимое количество реальных массообменных устройств с учётом их КПД.