Теоретичні основи масообмінних процесів

 

Рушійна сила при масообміні

Рушійна сила массообменных процесів визначається різницею між робочою і рівноважною (чи між рівноважною і робочою) концентраціями залежно від того, яка з них більше.

Малюнок 5.1. Варіанти вираження рушійної сили через Δ х

У усіх випадках рушійна сила процесу буде позитивною. При цьому рушійну силу виражають або через зміну концентрацій речовини, що розподіляється, у фазі, або через зміну у фазі .

На мал. 5.1 показані можливі варіанти вираження рушійної сили массообменных процесів через при різних взаємних положеннях робочої лінії і липни рівноваги.

Рушійну силу массообменных процесів в системі рідина - рідину виражають зазвичай у вигляді різниці об'ємних концентрацій розподілюваної речовини з розмірністю кг/м3, рідше її виражають в молярних долях, а для системи газ – рідина – через різницю парціальних тисків Δ р = р – р _р (в Н/м²), де р – фактичний парціальний тиск компонента в газі і Δ р – парціальний тиск компонента в газі при рівновазі його з рідиною.

З мал. 5.1 видно, що рушійна сила по довжині (чи висоті) апарату міняється зі зміною робітників концентрації тому для усього процесу масообміну, що протікає в заданих межах зміни концентрацій, визначають середню рушійну силу.

Подібно до визначення температурного натиску при теплообміні середню рушійну силу при масообміні, коли лінія рівноваги є прямою або близька до неї, при відношенні згідно Δс_б / Δс_м < 2 мал. 5.2 визначають по середній арифметичній різниці концентрацій

 

(5.1)

 

При відношенні визначають по середній логарифмічній різниці концентрацій

 

(5.2)

 

У тих випадках коли лінія рівноваги значно відхиляється від прямої, для визначення користуються точнішим методом розрахунку, розглянутим в спеціальній літературі.

Критерії подібності процесів масопередачі

Оскільки між процесами масопередачі і теплопередачі існує аналогія, то і критерії подібності масообмінних процесів мають структуру, аналогічну структурі критеріїв подібності теплопередачі.

Застосування теорії подібності до процесів масопередачі показує, що ці процеси визначаються в основному гідродинамічним критерієм Re і дифузійними критеріями Nu' і Рr', аналогічними критеріям теплової подібності Nu і Рr.

Залежність між коефіцієнтом масопередачі

І коефіцієнтами масовіддачі

Розглянемо процес масопередачі, в якому масові кількості речовини M (в кг/с), що передається в кожній з фаз масовіддачей, складуть:

 

для фази G

M = , (5.3)

для фази L

M = , (5.4)

 

де і – коефіцієнти масовіддачі в фазах G і L, м/с;

F – поверхня контакту фаз, м².

Рівняння масопередачі для розглянутого випадку запишеться так

 

звідки

(5.5)

 

де – концентрація в фазі , рівноважна з концентрацією х в ядрі фази .

Залежність між коефіцієнтом масопередачі й коефіцієнтами масовіддачі й виразиться відношенням

 

(5.6)

 

де т – тангенс кута нахилу прямій.

що аналогічно вираженню (4.2) для коефіцієнта теплопередачі К.