11.1. Общие положения и расчетные зависимости

В теплотехнике массообмен встречается в процессах испарения, конденсации, сушки, вентиляции, кондиционирования воздуха и т. п. Массоотдачей называют перенос массы вещества из ядра фазы к поверхности раздела фаз и наоборот. Количество вещества, переносимого при массообмене, пропорционально поверхности контакта фаз и движущей

силе процесса в виде разности концентраций распределяемого между фазами вещества.

Движущая сила массообменных процессов может быть выражена в системе жидкость – жидкость разностью объемных концентраций ве­щества с единицей измерения кг/м³, а в системе газ – жидкость разностью парциальных давлении компонента.

Числа подобия массообменных процессов имеют структуру, аналогичную структуре чисел подобия процессов теплообмена. Основные числа подобия процессов массообмена:

Нуссельта диффузионное число (число Шервуда Sh)–безразмерный коэффициент массоотдачи

, (11.1)

где - коэффициент массоотдачи, м/с; l - характерный размер, м; D - коэффициент диффузии, м²/с; - плотность потока массы - го компонента у поверхности раздела фаз, кг/(м² с); и - относительные массовые концентрации - го компонента у поверхности раздела фаз и вдали от нее, определяются по формуле ; , - плотности - го компонента и смеси, кг/м³ .

Прандтля диффузионное число (число Шмидта Sc) - критерий по­добия скоростных и концентрационных полей в потоке

, (11.2)

где и - кинематическая и динамическая вязкости;

Гухмана число – характеризует влияние массообмена обмен:

, (11.3)

где и - температура сухого и мокрого термометров. К;

Льюиса - Семенова число - критерий подобия полей концентраций и температур в потоке

, (11.4)

где а - температуропроводность, м²/с; при поля концентрации и температур будут подобны, это условие приближенно выполняется для ряда случаев массообмена в газовых смесях;

Стантона диффузное число

, (11.5)

где - массовая скорость смеси вдали от поверхности раздела фаз, кг/(м² с);

Пекле диффузионное число - характеризует отношение конвективного переноса массы к молекулярной диффузии:

, (11.6)

где - скорость переноса массы вещества, м/с;

соотношение Льюиса между коэффициентами массо- и теплоотдачи

, (11.7)

где - коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентра­ций диффундирующего вещества, м/c; - коэффициент теплоотдачи, Вт/ ; Cp - удельная изобарная теплоемкость, Дж/ .

По заколу Фика масса вещества , кг, прошедшего в процессе молекулярной диффузии через слой , пропорциональна площади поверхности слоя F, м²,нзменению концентрации вещества ,кг/м³, по толщине слоя, времени , с, и обратно пропорциональна толщине слоя:

, (11.8)

где D - коэффициент диффузии: количество вещества, диффундирующего через поверхность площадью 1 м² в единицу времени при разно­сти концентраций на расстоянии 1 м, равной единице, измеряется в м² /с.

Коэффициент диффузии D газов и паров в зависимости от давле­ния p и температуры t определяется по формуле

, (11.9)

где - коэффициент диффузии при нормальных физических усло­виях; - давление при нормальных физических условиях; п – пока­затель степени, который зависит от состава газовой смеси, например п = 0,8 для смеси водяною пара и воздуха.