КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Общие положения и расчетные зависимости
ПРОЦЕССЫ МАССООБМЕНА Лекция №22
В теплотехнике массообмен встречается в процессах испарения, конденсации, сушки, вентиляции, кондиционирования воздуха и т. п. Массоотдачей называют перенос массы вещества из ядра фазы к поверхности раздела фаз и наоборот. Количество вещества, переносимого при массообмене, пропорционально поверхности контакта фаз и движущейся силе процесса в виде разности концентраций распределяемого между фазами вещества. Движущая сила массообменных процессов может быть выражена в системе жидкость — жидкость разностью объемных концентраций вещества с единицей измерения кг/м3, а в системе газ — жидкость — разностью парциальных давлений компонента. Числа подобия массообменных процессов имеют структуру, аналогичную структуре чисел подобия процессов теплообмена. Основные числа подобия процессов массообмена: Нуссельта диффузионное число (число Шервуда Sh)—безразмерный коэффициент массоотдачи , (230) где — коэффициент массоотдачи, м/с; l — характерный размер, м; D — коэффициент диффузии, м2/с; — плотность потока массы i-го компонента у поверхности раздела фаз, ; и — относительные массовые концентрации i-го компонента у поверхности раздела фаз и вдали от нее, определяются по формуле ; ; — плотности i-го компонента и смеси, кг/м3; Прандтля диффузионное число (число Шмидта Sс) — критерий подобия скоростных и концентрационных полей в потоке , (231) где и — кинематическая и динамическая вязкости; Гухмана число — характеризует влияние массообмена на теплообмен: , (232) где и — температура сухого и мокрого термометров, К; Льюиса — Семенова число — критерий подобия полей концентрации и температур в потоке
, (233) где — температуропроводность, м2/с; при Lе = 1 поля концентраций и температур будут подобны, это условие приближенно выполняется для ряда случаев массообмена в газовых смесях; Стантона диффузионное число , (234) где — массовая скорость смеси вдали от поверхности раздела фаз, ; Пекле диффузионное число — характеризует отношение конвективного переноса массы к молекулярной диффузии: , (235) где — скорость переноса массы вещества, м/с; соотношение Льюиса между коэффициентами массо- и теплоотдачи , (236) где — коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций диффундирующего вещества, м/с; — коэффициент теплоотдачи, ; — удельная изобарная теплоемкость, . По закону Фика масса вещества ,кг, прошедшего в процессе молекулярной диффузии через слой , м, пропорциональна площади поверхности слоя F,м2, изменению концентрации вещества , кг/м3, по толщине слоя, времени , с, и обратно пропорциональна толщине слоя: , (237) где D— коэффициент диффузии: количество вещества, диффундирующего через поверхность площадью 1 м2 в единицу времени при разности концентраций на расстоянии 1 м, равной единице, измеряется в . Коэффициент диффузии Dгазов и паров в зависимости от давления р и температуры tопределяется по формуле , (238) где — коэффициент диффузии при нормальных физических условиях; — давление при нормальных физических условиях; n — показатель степени, который зависит от состава газовой смеси, например n=0,8 для смеси водяного пара и воздуха. Уравнение массоотдачи , (239) где — плотность потока массы, ; — коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций диффундирующего вещества, м/с; , — концентрация диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее, кг/м3; , — относительная массовая концентрация диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее; R — газовая постоянная диффундирующего газа, ; Т — средняя температура пограничного слоя, К; , —парциальные давления диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее, Па.
Поток массы вещества i-го компонента через площадь Fв единицу времени, кг/с, . (240) Относительная влажность воздуха (или степень насыщения) есть отношение абсолютной влажности воздуха кабсолютной влажности его в состоянии насыщения: , (241) где , — абсолютная влажность воздуха в ненасыщенном и насыщенном состояниях соответственно, кг/м3; — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; — парциальное давление насыщенного водяного пара, при температуре воздуха (температуре сухого термометра )определяется из табл. 17 приложения или по Hd-диаграмме. Относительную влажность можно определять по табл. 18 приложения, если известны температуры сухого и мокрого термометров. Парциальное давление пара во влажном воздухе можно определить с помощью психрометра: , (242) где — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра; А — коэффициент, определяемый по формуле , если скорость воздуха около шарика мокрого термометра м/с; , — температуры сухого и мокрого термометров; В — барометрическое давление. Влагосодержание влажного воздуха d,кг влаги/кг сухого воздуха, — количество водяных паров, приходящихся на 1 кг сухого воздуха: . (243) Влагосодержание воздуха не меняется с изменением его температуры. Энтальпия влажного воздуха Н, кДж/кг сухого воздуха, складывается из энтальпии сухого воздуха и энтальпии водяного пара и относится к 1 кг сухого воздуха: , (244) где t— температура воздуха, °С. Плотность влажного воздуха при температуре t,°С, и барометрическом давлении В , (245) где B и измеряются в Па; — плотность, кг/м3. Объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, сухого воздуха, , (246) где — газовая постоянная сухого воздуха, равная 287 ; T-температура воздуха, К. Основные параметры процесса сушки определяются следующими соотношениями. Расход W испаряемой влаги, кг/с: , (247)где L — расход сухого воздуха, находящегося во влажном воздухе, кг/с; , — начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха.
Расход сухого воздуха L на Wкг испаренной влаги, кг сухого воздуха/с: , (248) где l — удельный расход сухого воздуха, кг сухого воздуха/кг влаги. Удельный расход сухого воздуха в сушилке , (249) где , — начальное и конечное влагосодержание воздуха. Удельный расход теплоты в сушилке, кДж/кг испаряемой влаги, . (250) Расход теплоты для нагревания воздуха, кВт, , (251) где и — энтальпия влажного воздуха на входе в нагреватель и выходе из него, кДж/кг. Тепловой КПД сушилки , (252) где r— теплота парообразования воды при температуре мокрого термометра (определяется по температуре материала при сушке, табл. 4 приложения). Количество влаги , испаряющейся с открытой поверхности, кг, , (253) где F — площадь поверхности воды, м2; — парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, определяется по температуре испаряющейся воды из табл. 17 приложения; — парциальное давление пара в воздухе, Па; — продолжительность процесса испарения, ч; с — коэффициент испарения, , определяется по формуле ; (254) здесь — скорость воздуха над поверхностью воды, м/с. При смешивании воздуха двух состояний: состояния 1в количестве , кг, и состояния 2в количестве , кг, — имеем следующие параметры образовавшейся смеси: Масса или ; (255) энтальпия , или ; (256) влагосодержание ; (257) температура ; (258) в формулах (255), (256) . Коэффициент массоотдачи , м/с, в процессе сушки можно определить из уравнения , (259) где ; . Определяющие параметры: l —длина поверхности испарения в направлении движения сушильного агента; — температура сушильного агента. Значения С и n определяются в зависимости от числа Rе: Rе......... 1—200 200—6000 6000—70000 С......... 0,9 0,87 0,35 n.......... 0,5 0,54 0,65
Дата добавления: 2014-11-08; Просмотров: 407; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |