Массообменные процессы

Механизмом массопередачи является молекулярная или конвективная диффузия.
В процессе массопередачи участвуют три вещества:
Первая фаза (распределяющее вещество)
Вторая фаза (распределяющее вещество)
Распределяемое вещество, переходящее из одной фазы в другую.
Процесс осуществляется в направлении равновесия и прекращается при его достижении.

РАВНОВЕСИЕ МЕЖДУ ФАЗАМИ
G, L – первая и вторая
распределяющие фазы.
М – распределяемое
Вещество
Y- концентрация в-ва М
в фазе G
Х –концентрация в-ва М
в фазе L

Конвективная и молекулярная диффузия.
Вещество переходит из G в L. Распределяемое вещество в G переносится к поверхности раздела фаз, а в L переносится от этой поверхности.
Перенос осуществляется путем молекулярной и конвективной диффузии.
В каждой фазе различают ядро (основная масса) и пограничный слой.
Перенос в пограничном слое осуществляется путем конвективной и молекулярной диффузии. По мере приближения к поверхности раздела происходит затухание конвективных потоков и возрастает роль молекулярной диффузии.

КОНВЕКТИВНАЯ ДИФФУЗИЯ
Характеризуется перемещением вещества движущимися частицами потока.
Скорость конвективной диффузии больше скорости молекулярной диффузии. Конвективная диффузия проходит не только в направлении движения потока, но и его поперечным сечением (за счет турбулентности).
Конвективная диффузия представляет собой уравнение массоотдачи:
М= β∙F∙∆част (кг/с)
Это количество вещества, переносимого в единицу времени из фазы, отдающей вещество, к поверхности раздела фаз (или от поверхности раздела фаз в фазу, воспринимающую это вещество), пропорционально поверхности F и разности концентраций ∆част распределяемого вещества в фазе и у поверхности раздела.
β- коэффициент массоотдачи. Зависит от гидродинамических, физических и геометрических факторов.
Определяется экспериментально с обработкой данных при помощи критериев подобия.

Материальный баланс процессов массообмена
Подобно тому, как передача тепла протекает лишь при отклонении от состояния равновесия, т. е. при наличии разности температур между теплоносителями, так и переход вещества из одной фазы в другую происходит при отсутствии равновесия между фазами.
Пусть имеются две фазы G и L, причем распределяемое вещество вначале находится только в первой фазе G и имеет концентрацию Y.
Если привести фазы в соприкосновение, то распределяемое вещество начнет переходить в фазу L и имеет концентрацию Х.
С момента появления распределяемого вещества в фазе L начнется и обратный переход его в фазу G.

Материальный баланс процессов массообмена
Рассмотрим схему движения потоков в противоточном аппарате для массообмена рис.1.
В аппарат поступают фазы G (например, газ) и L (например, жидкость).
Пусть расход носителя в фазе G составляет G кг/сек, а в фазе L равен L кг/сек.
Содержание распределяемого компонента, выраженное в виде относительных весовых составов, в фазе G обозначим через У, в фазе L — через X.
Предположим, что распределяемый компонент переходит из фазы G в фазу L (например, абсорбируется из газовой смеси жидкостью), причем содержание этого компонента в фазе G уменьшается от Y1 (на входе в аппарат) до У2 (на выходе из аппарата).

Материальный баланс массообменного процесса
Переход вещества из газовой фазы в жидкую
G – расход газовой фазы
L – расход жидкой фазы
y, x – содержание переходящего компонента в газовой и жидкой фазах
yн>yк xн< xк

Материальный баланс процессов массообмена
Соответственно содержание этого же компонента в фазе L увеличивается от Х2 (при входе в аппарат) до Х1 (на выходе из аппарата).
Носители не участвуют в процессе массообмена, следовательно, их количества G и L не изменяются по длине аппарата.

Материальный баланс массообменного процесса
Количество переданной массы по всему аппарату:
уравнение материального баланса
- относительный расход жидкой фазы на единицу массы
(объёма) газовой фазы
- уравнения расхода фаз