Что такое «диффузионное сопротивление массопереносу»? Как используется понятие лимитирующего сопротивления при экспериментальном определении коэффициентов массоотдачи?
Диффузионное сопротивление – величина, обратная коэффициенту массопередачи. Она характеризует сопротивление фаз процессу массопередачи.
Запишем уравнения аддитивности фазовых сопротивлений:
В хорошо растворимых газах все сопротивление сосредоточено в газовой фазе
, следовательно процесс переноса определяется скоростью диффузии вещества в газовой фазе (лимитируется газовой фазой). Для увеличения скорости следует турбулизировать поток газа.
В плохо растворимых газах все сопротивление сосредоточено в жидкой фазе
, следовательно процесс переноса определяется растворимостью газа в жидкости (лимитируется жидкой фазой). Для увеличения скорости следует турбулизировать поток жидкости или иными способами увеличивать растворимость газа в жидкости.
Что называют «теоретической ступенью разделения» и что «единицей переноса массы»? В каком случае число теоретических ступеней равно общему числу единиц переноса в массообменном аппарате (ответ обоснуйте)?
Теоретическая ступень разделения ("теоретическая тарелка") – это идеализированная часть массообменного аппарата, в которой взаимодействующие фазы (например, пар и жидкость) достигают состояния равновесия.
Это означает, что составы фаз, покидающих
ступень, связаны равновесной зависимостью
Число единиц переноса – изменение рабочей концентрации, приходящееся на единицу движущей силы. Для процесса абсорбции общее число единиц переноса, выраженное через относительные концентрации, может быть найдено через известную движущую силу:
Число теоретических ступеней равно ЧЕП
при факторе массопередачи
,
равном единице, так как:
Для теоретических тарелок
:
Что такое «кинетическая кривая»? Как её строят и как применяют для расчёта аппаратов со ступенчатым контактом фаз?
Кинетическая кривая – зависимость изменения концентрации исходного вещества или продукта (или связанного с ними свойства системы) во времени в результате протекания химического процесса.
Кинетическая кривая используется для определения скорости достижения равновесия, оценки эффективности и проектирования аппаратов.
Определение числа тарелок с помощью кинетической кривой.
Кинетическая кривая строится с учетом КПД по Мерфри:
Причем координаты
точек кинетической кривой находят как:
Где
– координата точки на равновесной
линии,
– координата точки на рабочей прямой
при одном и том же
.
Для построения кинетический кривой КПД по Мерфри пересчитывают для каждой тарелки.
Рисунок 7.1 – Построение кинетической кривой
Охарактеризуйте гидродинамические режимы работы насадочных массообменных колонн. Как определяется оптимальный диаметр таких колонн?
Рисунок
8.1 – Зависимость гидравлического
сопротивления орошаемой насадки от
скорости газа в колонне
ассмотрим
гидродинамические режимы в насадочных
колоннах, используя графическую
зависимость гидравлического сопротивления
орошаемой насадки от скорости газа в
колонне.
Пленочный режим наблюдается при небольших плотностях орошения на малых скоростях газа. В этом режиме отсутствует влияние газового потока на скорость стекания по насадке жидкой пленки и, следовательно, на количество задерживаемой в насадке жидкости. Заканчивается в точке (в точке подвисания).
– Режим подвисания (торможения).
После точки
скорость газа повышается и это приводит
к увеличению сил трения о жидкость на
поверхности контакта фаз, следовательно,
подтормаживанию жидкости газовым
потоком. Скорость течения пленки жидкости
уменьшается, больше жидкости удерживается
в насадке, появляются завихрения, брызги,
увеличивается интенсивность процесса
массопередачи. Этот режим заканчивается
в точке
.
– Режим эмульгирования возникает
при превышении скорости, соответствующей
точке
.
В результате происходит накопление
жидкости в свободном объеме насадки до
тех пор, пока сила трения между стекающей
жидкостью и поднимающимся по колонне
газом не уравновесит силу тяжести
жидкости, находящейся в насадке.
Образуется газожидкостная дисперсная
система, по внешнему виду напоминающая
барботажный слой (пену) или газожидкостную
эмульсию. Режим эмульгирования начинается
в самом узком сечении насадки. Режим
эмульгирования соответствует максимальной
эффективности насадочных колонн
вследствие увеличения контакта фаз.
В насадочных колоннах без специальных устройств поддерживать режим эмульгирования очень трудно, так как мал интервал изменения скоростей газа. Поэтому разработана специальная конструкция эмульгационной колонны.
Режим уноса или обращенного движения
жидкости, выносимой из аппарата газом
(от точки
и выше). Этот режим в технике не
используется.