Основные законы массообмена

Закономерности массопередачи рассмотрим на примере взаимодействия аммиачно – воздушной смеси (фаза G) и воды (фаза L). Фазы в противотоке движутся с некоторой скоростью относительно друг друга и разделены подвижной поверхностью фаз (свободная граница раздела фаз).

Предположим, что перенос распределяемого компонента (аммиака) происходит в условиях турбулентного движения фаз, причем аммиак переходит из фазы G, где его концентрация больше равновесной (у>у_гр), в фазу L, в которой его концентрация меньше равновесной (х<х_гр).

Таким образом, осуществляется процесс массоотдачи из фазы G к поверхности раздела фаз и процесс массоотдачи от поверхности раздела в фазу L. В результате этих частных процессов и преодоления сопротивления переносу через поверхность раздела фаз происходит процесс массопередачи – переход компонента из одной фазы в другую. Схема массопередачи изображена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Схема массопередачи и профили изменения концентрации компонента в турбулентном потоке

Процесс массопередачи тесно связан с гидродинамической структурой потока в каждой фазе. При турбулентном режиме движения в каждой фазе можно выделить ядро, или основную массу фазы, и пограничный слой у поверхности раздела фаз. В ядре потока в силу турбулентных пульсаций концентрация распределяемого компонента практически постоянна. В пограничном слое турбулентность затухает, что приводит к резкому изменению концентрации по мере приближения к поверхности раздела. Непосредственно у поверхности перенос сильно замедляется, так как его скорость определяется скоростью молекулярной диффузии.

Известно, что при переносе субстанции (в данном случае массы вещества) можно выделить два механизма – молекулярный и конвективный. При турбулентном движении в ядре потока фазы массоперенос к поверхности раздела фаз (или в противоположном направлении) осуществляется в основном конвективной диффузией. В пограничном слое скорость массопереноса лимитируется скоростью молекулярной диффузии. Для интенсификации массопереноса необходимо повышать степень турбулентности потока (например, увеличивая скорость фаз до некоторого предела), уменьшая толщину пограничного слоя.

Для системы, находящейся в равновесии, концентрации распределяемого компонента у границы раздела фаз равны равновесным, то есть

у_гр=у_р; х_гр=х_р.

Дата добавления: 2014-01-15