Уравнения массоотдачи и массопередачи

При передаче вещества из газовой фазы в жидкую уравнения массоотдачи для газовой и жидкой фаз будут иметь вид:

(13.2)

(13.3)

где: W – количество вещества, переносимого а единицу времени;

F – поверхность соприкосновения фаз, м;

b – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом массоотдачи и представляющий собой количество вещества, переносимого внутри фазы в ед. времени, через единицу поверхности при движущей силе, равной единице.

Коэффициент массоотдачи имеет размерность

или в зависимости от того, в каких единицах выражен расход, в кмоль/с или кг/с.

(y - y_p) – движущая сила процесса для газовой фазы, т.е. при переносе вещества из газовой фазы к поверхности соприкосновения (у – концентрация вещества в газовой фазе, а – у_p y границы фаз);

(x_p - x) – движущая сила процесса для жидкой фазы, т.е. при переносе вещества от поверхности соприкосновения в жидкую фазу (x – концентрация вещества в жидкой фазе, а х_р – у границы фаз);

– коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах.

Величину коэффициентов массоотдачи b_y и b_x (как коэффициенты теплоотдачи a₁ и a₂) определяют по критериальным зависимостям.

Коэффициент массоотдачи b входит в определяемый диффузионный (аналогично тепловому) критерий Нуссельта, характеризующий подобие полей концентраций в поперечном сечении потока:

(13.4)

Определяемый критерии Нуссельта является функцией следующих определяющих критериев:

(13.5)

где: – критерий Рейнольдса, характеризующий гидродинамическое подобие в массообменных процессах (как и в теплопередаче).

– критерий Прандтля, характеризующий только физические свойства потока.

– диффузионный критерий Фурье, характеризующий нестационарные диффузионные процессы.

– диффузионный критерий Грасгофа, характеризующий перенос вещества за счет естественной конвекции при отсутствии вынужденного движения потока:

l – определяющий размер, м;

ω – линейная скорость, м/с;

ρ – плотность потока, кг/м³;

Δ ρ – изменение плотности, вызванное концентрацией, кг/м³;

μ – динамический коэффициент вязкости, Па· с;

D – коэффициент диффузии, м²/с.

Для установившихся процессов при вынужденном движении уравнение (13.5) можно записать:

(13.6)

(13.7)

где коэффициент А и показатели степени m и n определяются экспериментально для каждого конкретного случая. Переход вещества из газовой фазы в жидкую можно записать уравнениями массопередачи:

(13.8)

(13.9)

где у* – концентрация газа, равновесная с концентрацией жидкости, х*;

(у - у*) – движущая сила, кг/м³;

х* – концентрация жидкости, равновесная с концентрацией газа, кг/м³;

(х* - х) – движущая сила, кг/м³;

– коэффициенты массопередачи, отнесенные к концентрации газа и жидкости.

Размерности коэффициентов массопередачи такие же, как и для коэффициентов массоотдачи.

Коэффициенты массопередачи определяются следующими соотношениями:

(13.10)

(13.11)

Уравнение массопередачи по форме аналогичны уравнениям массоотдачи, движущей силой является разность концентраций в фазе и у границы фаз, причем последняя концентрация реально существует, хотя и не поддается непосредственному измерению.

В уравнении массопередачи движущей силой служит разность между реальной концентрацией одной из фаз и некоторой фиктивной концентрацией у* (или х *), не существующей в равновесном процессе.

Целью данной работы является исследование процесса абсорбции паров этилового спирта водой из газовой смеси «воздух + пары этанола» в пленочном абсорбере и определение коэффициентов массоотдачи в газовой (b_у) и жидкой (b_х) фазах.