Движущая сила массообменных процессов

Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций (градиент концентраций) фактической в данной фазе G и равновесной с фактической в другой фазе L. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше, чем это следует из условия равновесия.

- основное уравнение массопередачи → средняя движущая сила процесса определяет количество переданной массы вещества.

Движущая сила может быть выражена в любых единицах концентраций, но всегда где с – рабочая концентрация компонента в одной фазе, - концентрация компонента для данной фазы, равновесная с рабочей концентрацией в другой фазе.

Движущая сила пропорциональна скорости массообменного процесса. Она может быть средней интегральной и средней логарифмической.

Движущая сила зависит от положения рабочей и равновесной линий, чем ближе линии друг к другу, тем она меньше.

 

Движущую силу и кинетику выражают тремя способами:

	движущая сила	кинетика
	, разность концентраций	, коэффициент массопередачи
	, число единиц переноса (ЧЕП)	, высота, эквивалентная единице переноса (ВЕП)
	число теоретических тарелок	или К.п.д или высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ)

 

Средняя интегральная движущая сила

Средняя движущая сила определяет количество переданной массы вещества. Т.к рабочие и равновесные концентрации изменяются вдоль поверхности контакта фаз, то нужно рассчитывать среднюю движущую силу процесса.

Допустим что рабочая и равновесная линия – кривые или раб.линия–прямая, а равн.линия –кривая.

 

Дифференциальное уравнение материального баланса:

Дифференциальное уравнение массопередачи:

;

 

- средняя интегральная разность концентраций для газ. фазы

 

- средняя интегральная разность концентраций для жид. ф

 

Средняя логарифмическая движущая сила

частный случай: линия равновесия – прямая

; ;

; ;

;

; ; ;

;

 

 

 

Число единиц переноса (ЧЕП)

 

ЧЕП показывает, сколько единиц вещества переходит в другую фазу при величине движущей силы, равной единице

;

;

; ;

 

 

Теоретическая тарелка, ВЭТТ

 

1) Теоретическая тарелка – контактное устройство, обеспечивающее получение равновесных потоков фаз, покидающих контактную зону. Одна ТТ – одно изменение концентраций по жидкой фазе и одно изменение по паровой фазе.

ТТ используют при расчетах массообменных аппаратов, когда нужно учитывать время контакта фаз, необходимое для достижения равновесия. Преимуществом метода ТТ является то, что нужно иметь только уравнение равновесия и уравнение рабочей линий. Вместо понятия ТТ используют ЧТТ. ЧТТ зависит от взаимного расположения рабочей и равновесной линии от величины движущей силы процесса. При сближении рабочей и равновесной линии ∆ ↓ → ЧТТ ↑ и наоборот. ЧТТ используется для определения высоты контактной зоны аппарата Н, для этого используют ВЭТТ.

2) (1) – мат.баланс фазы G в интегральной форме

(2) – уравнение массопередачи

объединяя урав (1) и (2), интегрируем →

(3) - поверхность фазового контакта

(4) – поверхность массообмена для насадочных аппаратов, где

- раб.V аппарата*поверхность контакта фаз в 1 его V.

(5) – высота аппарата,

где H, S –высота и сечение ап/та, G –расход ф.G [кг/с],

-массовая скорость ф.G [ ]

из урав (5) →

- высота, эквивалентная одной единице переноса.

Правило фаз ГИББСА

Равновесной системой называется такая система, которая может существовать неограниченно долго без каких-либо качественных или количественных изменений.

Состояние равновесия характеризуется правилом фаз Гиббса, которое определяет связь между числом степеней свободы, числом ее компонентов и числом фаз.

Число независимых параметров, которые могут быть выбраны произвольно, чтобы привести систему в состояние равновесия – число степеней свободы.

где L – число степеней свободы n – число компонентов N – число фаз

В качестве степеней свободы могут выступать t,P,c

Для 2-х компонентной системы взаимно растворимых жидкостей L=2, а для нерастворимых L=1

Вывод уравнения:

1) Пусть система содержит N фаз и n компонентов в каждой фазе.

2) Состояние фаз фиксировано при Р и Т.

3) Состав каждой фазы можно рассчитать, задавая n-1 концентраций компонентов, а концентрация одного из компонентов является зависимой величиной и может быть рассчитана из условия, что сумма мольных долей всех компонентов в смеси равна 1.

4) - общее число переменных, определяющих состояние системы.

5) - общее число уравнений для расчета состояния системы, где (N-1) – число уравнений, достаточных для расчета концентрации компонентов, n – число переменных.

6) Число уравнений не может превышать числа переменных, иначе уравнения будут несовместимыми. Разность между числом независимых переменных и числом уравнений равна числу произвольно изменяемых параметров в данной системе, меняя которые можно не менять число фаз в ней (степень свободы):

ПРИМЕНЕНИЕ ПРАВИЛА ФАЗ

К ПРОЦЕССАМ ПЕРЕГОНКИ

Компонентами системы называются те составные части, концентрация которых может претерпевать изменения в различных фазах.

Состояние равновесия подчиняется правилу фаз Гиббса:

L = n + 2 – N