12.8.4. Расчет аппаратов со ступенчатым контактом фаз

Сохраним постановку задачи и допущения, изложенные в разделе 12.8.3. Отличие схемы расчета аппаратов со ступенчатым контактом фаз для многокомпонентного массопереноса по сравнению с аппаратами для массопереноса в бинарных системах заключается в выполнении четвертого этапа определении числа тарелок N. Поскольку концентрации всех компонентов смеси в фазах y_i, x_i неизвестны ни для нижней, ни для верхней тарелки, при потарелочном расчете колонны придется решать систему алгебраических уравнений:

, (12.267)

, (12.268)

. (12.269)

Система содержит 3(n1)N уравнений и столько же неизвестных: N, y_i,к (за исключением y_1,к для ключевого компонента), x_i,к, , , . Матрица эффективности тарелки по Мэрфри является функцией матрицы чисел единиц переноса и структуры газового и жидкого потоков на тарелке [50]:

, (12.270)

. (12.271)

Как и следовало ожидать, изменение концентрации каждого компонента на тарелке (12.268) зависит от движущих сил по всем компонентам и матрицы коэффициентов массопередачи (12.271), (12.259). В том случае если коэффициенты распределения и матрицы коэффициентов массопередачи изменяются по высоте колонны, они рассчитываются для каждой тарелки. При этом допускается их постоянство в пределах отдельной тарелки.

Необходимо отметить, что в случае многокомпонентного массопереноса, строго говоря, не применима модель теоретической тарелки, так как невозможно выделить участок аппарата, обеспечивающий выполнение равновесных соотношений между концентрациями всех компонентов покидающих его фаз.

Таким образом, рассмотрены схемы расчета аппаратов с непрерывным и ступенчатым контактом фаз для проведения массообменных процессов в бинарных и многокомпонентных смесях. При этом предполагалось постоянство расходов фаз L, G, а также отсутствие теплообмена между ними и тепловых эффектов смешения. В общем случае система уравнений материального баланса и массопередачи должна дополняться уравнениями теплового баланса и теплопередачи.

Контрольные вопросы к главе 7

1. Какие процессы называются массообменными, для чего они применяются?

2. Что называется распределяемым и инертным компонентами?

3. Какие условия необходимы для осуществления процесса массопередачи?

4. Сформулируйте правило Гиббса, что называется числом степеней свободы?

5. Что называется коэффициентами распределения, от чего они зависят, как их можно определить?

6. Запишите различные способы представления химического потенциала компонента. Что называется летучестью (фугитивностью), коэффициентом летучести, активностью, коэффициентом активности компонента в смеси? Какие стандартные состояния обычно используются?

7. Как записываются условия равновесия и находятся коэффициенты распределения в системе пар жидкость? В каких случаях справедлив закон Рауля?

8. Как записываются условия равновесия и находятся коэффициенты распределения в системе газ жидкость? В каких случаях справедлив закон Генри?

9. Как записываются условия равновесия и находятся коэффициенты распределения в системе жидкость жидкость?

10. Как записываются условия равновесия и находятся коэффициенты распределения в системе твердое тело жидкость? Что называется растворимостью?

11. Что называется рабочей концентрацией, как получается уравнение рабочей линии, каково его графическое изображение?

12. Что называется равновесной концентрацией, какой вид имеет уравнение равновесной линии?

13. Как по взаимному расположению рабочей и равновесной линий определить направление массообменного процесса?

14. Получите традиционный вид локального уравнения массопередачи. Проанализируйте связь коэффициента массопередачи с коэффициентами массоотдачи при различной зависимости коэффициента распределения от состава.

15. Запишите основное уравнение массопередачи. Получите выражение для средней движущей силы. Сформулируйте условия их применимости.

16. Получите модификацию уравнений массоотдачи и массопередачи с использованием соответствующих объемных коэффициентов. В чем их преимущества и недостатки перед традиционной формой уравнений?

17. Запишите уравнение массоотдачи и массопередачи через высоту и число единиц переноса, поясните смысл этих величин.

18. В чем состоит суть аналогии процессов тепло- и массообмена? Приведите примеры возможности использования зависимостей, характеризующих процесс теплоотдачи, для описания массоотдачи.

19. В чем состоят допущения, принятые в упрощенных моделях массоотдачи? Сформулируйте преимущества и недостатки этих моделей, а также условия их применения.

20. На примере массообмена с тонкой пленкой жидкости поясните способы теоретического определения коэффициентов массоотдачи как путем решения дифференциальных уравнений, составляющих исчерпывающее описание процессов переноса, так и путем использования упрощенных моделей.

21. В чем состоит суть физического моделирования массообмена? Приведите примеры, выделите характерные особенности массоотдачи для типичных в промышленных аппаратах случаев.

22. Изложите основу классификации массообменных аппаратов.

23. Сформулируйте основные этапы технологического расчета аппарата с непрерывным контактом фаз.

24. Что называется эффективностью тарелки по Мэрфри, от чего она зависит? В чем состоит модель теоретической тарелки?

25. Изложите три способа определения необходимого числа тарелок в проектном расчете колонны.

26. В чем заключается отличие эффективности тарелки по Мэрфри от к.п.д. колонны и от локальной эффективности массопередачи?

27. Сформулируйте основные этапы технологического расчета аппарата со ступенчатым контактом фаз.

28. Произведите вывод уравнений массоотдачи в многокомпонентных смесях.

29. Запишите различные модификации уравнений массопередачи для многокомпонентных систем.

30. В чем заключаются основные особенности расчетов аппаратов для проведения процессов многокомпонентного массопереноса?