Движущая сила массообменных процессов

Скорость перехода распределяемого вещества из одной фазы в другую пропорциональна разности между фактической (рабочей) концентрацией распределяемого вещества в данной фазе и равновесной концентрацией.

Движущая сила массообменных процессов определяется степенью отклонения от равновесия – разностью между рабочей и равновесной концентрациями или равновесной и рабочей концентрациями в фазе в зависимости от того, какие из них больше.

Движущую силу можно выражать либо через концентрации распределяемого вещества в фазе G, т. е. через , либо через концентрации его в фазеL, т. е. через .

На рис. 9 показаны возможные варианты выражения движущей силы массообменных процессов при различных направлениях перехода распределяемого вещества.

Из изложенного следует, что основное уравнение массопередачи можно записать так:

, (6)

или

. (7)

Индексы у коэффициента массопередачи Кпоказывают, какие концентрации приняты для выражения движущей силы. В общем случаеи, но, очевидно, всегда

, (30)

т. к. только в этом случае обеспечивается равенство левых частей уравнений (6) и (7).

Как видно из рис. 1, движущая сила меняется с изменением рабочих концентраций вдоль поверхности контакта, поэтому для всего процесса массообмена, протекающего в пределах изменения концентраций от начальных до конечных, должна быть определена средняя движущая сила (и).

С учетом средней движущей силы процесса основное уравнение массопередачи для всей поверхности контакта фаз может быть записано в виде

(8)

или

. (9)

Рис. 1. Варианты выражения движущей силы диффузионных процессов

В случае, когда между равновесными и рабочими концентрациями существует прямолинейная зависимость, для определения средней движущей силымогут быть выведены более простые соотношения. Подобно тому, как она рассчитывается для теплообменных аппаратов, т. е. как средняя логарифмическая величина из движущих сил массопередачи у концов аппарата:

, (10)

или

, (11)

где – движущая сила в начале поверхности фазового контакта;– движущая сила в конце поверхности фазового контакта.

Критерии массообменных процессов

Диффузионное число Нуссельта

. (12)

Число характеризует интенсивность массообмена на границе фаз.

Диффузионное число Фурье Fo_Дхарактеризует изменение потока диффундирующей массы во времени; оно необходимо только для характеристики нестационарных процессов диффузии.

, (13)

Диффузионное число Пекле Ре_Д, характеризующее скоростное подобие, обычно преобразуют и представляют в виде произведения двух чисел подобия:

(14)

где Re– число Рейнольдса, аPr_Д–диффузионное число Прандтля, которое находится лишь по физическим параметрам и характеризует подобие полей физических величин:

. (15)

Критериальное уравнение массоотдачиможно представить

. (16)

По найденным из уравнений подобия значениям определяют коэффициенты массоотдачи

, (17)

а по ним – коэффициенты массопередачи.