2. Основное уравнение массопередачи

Известны два вида переноса вещества – молекулярная и конвективная диффузия Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях.

Конвективная диффузия протекает в турбулентных средах.

Скорость переноса вещества из одной фазы в другую dM пропорциональна движущей силе процесса , характеризующей степень отклонения систем от состояния равновесия, и поверхности контакта фаз dF . Следовательно:

( 4 )

где К коэффициент масссопередачи.( аналогично с теплопередачей)

Коэффициент массопередачи характеризует массу вещества, переданную из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе процесса, равной единице.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньше их размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности контакта фаз, стремясь ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массоперенос оказывают гидродинамические и конструктивные факторы.

1.4. Правило фаз Гиббса, применение к процессам массообмена

При равновесии во всех частях системы должны быть постоянными давление и температура, в противном случае будут протекать процессы массо- и теплообмена.

Для равновесных систем выполняется правило фаз Гиббса, которое устанавливает зависимость числа степеней свободы (N)

N=К+2-Ф (5)

где N число степеней свободы системы; К  число компонентов; Ф  число фаз.

Число степеней свободы системы - это число независимых переменных (температура, давление, концентрация компонентов), которые можно произвольно в определенных пределах изменять, не изменяя равновесие системы.

Если система находится в равновесии то N = 0 , если нет, то N > 0

В равновесной системе (N = 0) число сосуществующих фаз не может быть более Ф=К+2.

Для двухфазных систем, число степеней свободы системы равно числу компонентов (N = К). В основном в курсе далее будут рассмотрены двухфазные системы.

Бинарная смесь К=2, N=2, можно изменять температуру и концентрации, при постоянном внешнем давлении. В аппарате должен быть градиент t и x при постоянном π.(внутреннем давлении).

Для много компонентных систем (нефть) К→∞ и N→∞, Поэтому для многокомпонентных систем (характерных для нефтепереработки) число степеней свободы может быть весьма велико.

1.5 Массовый, мольный и объемный состав

Массовая доля компонента определяется отношением массы данного компонента к массе всей смеси

( 1 )

Учитывая, что суммарная масса смеси равна сумме масс отдельных компонентов смеси т.е.

( 2 )

можно написать

( 3 )

т.е. сумма массовых долей всех компонентов смеси равна единице

Мольная доля какого - либо компонента смеси определяется как отношение числа молей данного компонента к общему числу молей смеси

( 4 )

где N_i число молей, определяется по следующему соотношению:

( 5 )

( 6 )

Объемная доля компонента в смеси равна отношению объема данного компонента к объему всей смеси

( 7 )

( 8 )

Объемные доли применяют в тех случаях, когда при смешении не происходит изменения объема компонентов.

Для взаимного пересчета массовых и мольных долей используют следующие соотношения:

( 9 )

( 10 )

При пересчете объемных концентраций в массовые или мольные (например, при пересчете кривых разгонки, построенных в объемных долях) пользуются соответствующими формулами расчета:

(11)

где ρ_см  средняя плотность смеси.