Поможем написать любую работу на подобную тему
Процессы массопередачи делятся на две группы. К одной группе процессов относятся такие (например, перегонка, кристаллизация), в которых минимально два вещества, составляющие две фазы, обмениваются компонентами и сами непосредственно участвуют в массопередаче. В другой группе процессов в большинстве случаев в массопередаче участвуют три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющие первую фазу; распределяющее вещество (или вещества), составляющие вторую фазу; распределяемое вещество (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую. К этой группе относятся процессы: абсорбции, экстракции, адсорбции, сушки.
Одну фазу обозначим буквой G, другую – L, а распределяемый компонент – М. Поскольку все массообменные процессы обратимы, то распределяемое вещество может переходить в зависимости от концентрации этого вещества в распределяющих фазах из фазы G в фазу L и наоборот.
Представим для первой группы процессов массопередачи, что распределяемое вещество находится вначале только в фазе G и имеет концентрацию . В фазе L в начальный момент распределяемого вещества нет и, следовательно, концентрация его в этой фазе
=0.
Если распределяющие фазы привести в соприкосновение, начнется переход распределяемого вещества из фазы G в фазу L и в жидкой фазе появится распределяемый компонент с концентрацией, отличной от нуля. С момента появления вещества М в фазе L начинается обратный переход его в фазу G. До некоторого момента времени число частиц М, переходящих в единицу времени через единицу поверхности фазового контакта из фазы G в фазу L, больше, чем число частиц, переходящих обратно из фазы L в фазу G.
Через определенный промежуток времени скорости перехода распределяемого вещества из фазы G в фазу L и обратно становятся одинаковыми. Такое состояние называется равновесным. В состоянии равновесия существует строго определенная зависимость между концентрациями распределяемого вещества в фазах, которые при равновесии системы называются равновесными.
Любой концентрации соответствует равновесная концентрация
и, наоборот, любой концентрации
соответствует равновесная концентрация
, т.е. имеют место зависимости вида
или
.
Условия равновесия и равновесные зависимости могут быть выражены не только через концентрации, но и через другие параметры, например энтальпии, химический потенциал.
Знание равновесных концентраций позволяет установить направление течения процесса, которое определяется стремлением к равновесию. Если >
и, следовательно,
, распределяемое вещество М будет переходить из фазы G в фазу L. При условии
<
(
) распределяемое вещество будет переходить из фазы L в фазу G.
Основными задачами, изучаемыми в массопередаче, являются: законы фазового равновесия, позволяющие определить равновесные концентрации и направление течения процесса; движущая сила массообменных процессов; коэффициенты скорости массообменных процессов.
Последние две задачи составляют так называемую кинетику процесса массопередачи; вопросы фазового равновесия (первая задача) – статику процесса. Эти задачи рассматриваются раздельно при изучении каждого конкретного процесса.
Способы выражения концентраций. Движущая сила массообменных процессов выражается в большинстве случаев концентрациями распределяемого вещества в распределяющих фазах. В расчетной практике пользуются различными способами выражения концентраций, а именно: – в кмоль распределяемого компонента/кмоль смеси – мольная доля;
– в кг распределяемого компонента /кг смеси – массовая доля;
– в кмоль распределяемого компонента/кмоль инертного вещества фазы – относительная мольная доля;
– в кг распределяемого компонента/кг инертного вещества фазы – относительная массовая доля;
– в кмоль распределяемого компонента /м3 фазы – мольная объемная концентрация;
– в кг распределяемого компонента/м3 фазы – массовая объемная концентрация.
Вполне очевидно, что в зависимости от способа выражения концентраций численное значение движущей силы меняется. Между концентрациями существует связь, которая может быть получена в виде простых математических соотношений из физического смысла концентраций.
Например, если рассматривать смесь, состоящую из двух компонентов А и В, то связь массовых долей с мольными (и наоборот) определяется по следующим зависимостям:
;
.
Соответственно связь относительных массовых и мольных долей
,
объемных концентраций и массовых долей
.
Основной закон массопередачи, исходя из общих кинетических закономерностей, формулируется следующим образом: скорость (интенсивность) процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению процесса:
, (4.1)
где – количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую;
– элементарная поверхность фазового контакта;
– промежуток времени;
– движущая сила процесса (
или
, или разность, выраженная через другие концентрации );
– сопротивление процессу.
Если вместо принять обратную величину
– коэффициент скорости процесса (коэффициент массопередачи) и записать уравнение относительно количества вещества, перешедшего из одной фазы в другую, то
. (4.2)
Уравнения (4.1) и (4.2) называют основными уравнениями массопередачи.
В аппаратуре, используемой для проведения массообменных процессов, равновесные концентрации не достигаются. Рабочие концентрации распределяемого компонента всегда отличаются от равновесных.
Разность между рабочими равновесными и рабочими концентрациями или, наоборот, характеризующими степень отклонения от равновесия, представляет собой движущую силу массообменных процессов.
Предыдущие материалы: | Следующие материалы: |