Модели массобмена

,     (2-32)

где ɸ(τ) – мгновенная скорость абсорбции, зависящая от времени. Для физической абсорбции:

,     (2-33)

так как мгновенная скорость равна

,    (2-34)

Таким образом, коэффициент абсорбции в жидкой фазе будет:

,     (2-35)

Выражение 2-35 аналогично принятому Хигби

,      (2-36)

так как  , 

Величина s может быть представлена как фактор обновления поверхности. Вводя эффективный коэффициент диффузии D_Э с учетом выражения 2-36 было получено уравнение для скорости абсорбции в следующем виде:

,     (2-37)

Для определения скорости абсорбции по выражению 2-37 необходимо знать значение ∆τ (время обновления поверхности), что обычно затруднительно.

 

 

 

Заключение

Массообмен – необратимый перенос массы компонента смеси в пределах одной или нескольких фаз. Осуществляется в результате хаотичного движения молекул (молекулярная диффузия), макроскопического движения всей среды (конвективный перенос), а в турбулентных потоках - также в результате хаотичного движения вихрей различного размера. Массообмен включает массоотдачу (перенос вещества от границы раздела в глубь фазы) и массопередачу (перенос вещества из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз).

Различают эквимолярный массообмен (например, ректификация), при котором через поверхность раздела фаз в противоположных направлениях переносится одинаковое количество компонентов, и неэквимолярный (например, абсорбция). 

Массообмен  лежит в основе разнообразных  процессов разделения и очистки  веществ, объединяемых в класс массообменных процессов. Многие тепловые процессы, такие, как прокаливание, конденсация, выпаривание, испарение, а также гидромеханические – флотация, промывание газов, перемешивание – сопровождаются массообменом. При проведении химических процессов массообмен определяет скорость подвода веществ в зону реакции и удаления продуктов реакции. 

В большинстве  случаев в массообмене участвуют  две или более фаз, в которых концентрации целевого компонента при равновесии различаются. При взаимодействии двух фаз в соответствии со вторым началом термодинамики их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, которое характеризуется равенством температур и давлений фаз, а также равенством химических потенциалов каждого компонента в сосуществующих фазах. Движущая сила переноса какого-либо компонента из одной фазы в другую – разность химических потенциалов этого компонента во взаимодействующих фазах. Переход компонента происходит в направлении убывания его химического потенциала.

Массообмен  осуществляется также под действием градиентов электрических потенциалов (при электрофорезе, в электрохимических процессах), температуры (например, в термодиффузионной колонне для разделения изотопов) и др. Однако на практике движущую силу массообмена обычно выражают через градиент концентраций, что значительно упрощает связь между скоростью процесса и составом технологических потоков. В ряде случаев использование концентрации движущей силы можно обосновать теоретически. Учет условий существования данного количества фаз и законов распределения компонентов в них, определяемых фаз правилом и законами  равновесия, необходимо для понимания и анализа любого процесса массообмена.

Термодинамическая теория  фазовых равновесий разработана достаточно хорошо, хотя для практических расчетов, когда это возможно, в ряде случаев надежнее использовать экспериментальные данные, приводимые в справочной литературе. 

Условия контактирования  фаз в процессах массообмена  исключительно разнообразны. Так, при дистилляции в непосредственном контакте находятся насыщенный пар и кипящая жидкость, что способствует переносу менее летучих компонентов из пара в жидкость и более летучих – из жидкости в пар. В процессах адсорбции газовая или жидкая смесь разделяется в результате предпочтительной сорбции одного из компонентов на поверхности твердого  адсорбента. Кристаллизацию  используют для выделения кристаллизующейся твердой фазы из раствора путем создания условий пересыщения по нужному компоненту. Мембранные процессы разделения основаны на способности некоторых тонких пленок или пористых перегородок пропускать одни соединения и задерживать другие. Операции сушки  зависят от переноса как жидкости, так и пара внутри твердого тела и затем пара в осушающий газ. Все эти процессы, а также ионный обмен, сублимация и др. объединяются общими кинетическими закономерностями, определяющими скорость межфазного переноса массы. Последняя зависит от скорости молекулярной диффузии в неподвижной среде и скорости конвективной диффузии – в движущейся среде, а также от специфических условий на границе раздела фаз. 

 

Список литературы

1. Денисов Ю.Н. Основные процессы и аппараты химической технологии. Часть 1: Теоретические основы процессов химической технологии: курс лекций / Ю.Н. Денисов, Н.А. Орлова, Е.А. Пазников. – Бийск: Издательство Алтайского государственного технического университета, 2008. – 163 с.

2. Дмитриев Е.В. Явления переноса массы в примерах и задачах: учебное пособие. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. – 120 с.

3. Кафаров В.В. Основы массопередачи: Учебник для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1979. – 439 с.

4. Массообменные процессы: учебное пособие/ под ред.Г.И. Никалаева. – Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2005. – 238 с.

5. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2447.html