3. Материальный баланс

G и L — массовые скорости распределяющих фаз вдоль поверхности их раз-дела, выраженные в килограммах инертного вещества в час;

y и x — концентрации распределяемых веществ, кг/кг.

При y < y_р и отсутствии потерь в процессе взаимодействия фаз при параллельных потоках вдоль поверхности раздела величина y уменьшается, а x увеличивается. Для элемента поверхности dF имеем:

dM = – Gdy = Ldx.

Интегрируя уравнение (1) в пределах от начальных до конечных концентраций yн— yк и xн— xк, получим:

M = – G(y_к— y_н) = G(y_н— y_к) = L(x_к— x_н). (2)

Из уравнения (2) получим соотношения между массовыми потоками распределяющих фаз: (3)

Интегрируя уравнение (1) в пределах от начальных концентраций до текущих y_н— y и x_н— x, получим: G (y_н— y) = L(x— x_н), (4)

Откуда

y = A’x + B’, (6)

где L/G — удельный расход одной из распределяющих фаз.

Аналогично для противоположного взаимодействия фаз можно получить уравнение

y = A”x + B” , (7)

где A”=L/G; B” =G(y_н— y_к)/G.

где L/G — удельный расход одной из распределяющих фаз.

Процессы массообмена представляют графически в координатах х—у, т.е. в виде зависимости между рабочими концентрациями. Уравнение прямой, выражающее эту зависимость, называют рабочей линией процесса.

Кинетика процессов массопередачи устанавливает скорость протекания процесса в заданных условиях.

Уравнения кинетики выражают зависимость между движущей силой процесса и количеством переданного вещества.

Выражая количества переданного вещества в виде диффузионного потока, т.е. количества вещества, передаваемого с единицы поверхности в единицу времени, получим общий вид уравнения кинетики:

Раскрытие вида функции составляет задачу кинетики.

4. Движущая сила процесса

Обычно связь между диффузионным потоком и дви-жущей силой процесса устанавливается через коэф-фициент пропорциональности, так называемый коэф-фициент массопередачи К:

(9)

В зависимости от того, по какой фазе выражена дви-жущая сила процесса, получаем соответствующее зна-чение коэффициента массопередачи. Следовательно

Осреднение движущей силы процесса (Δх)_ср и (Δу)_ср производится или по закону среднего логарифмичес-кого (когда равновесная и рабочая линии прямые) или путем графического интегрирования.

Движущая сила меняется с изменением рабочих концентраций, поэтому для всего процесса массообмена, протекающего в пре-делах изменения концентраций от начальных до конечных, должна быть определена средняя движущая сила (Δу_m и Δх_m):

(11)

где Δу_н = у_н – у_рн — движущая сила в начале поверхности фа-зового контакта; Δу_к = у_к – у_рк — движущая сила в конце повер-хности фазового контакта.

Для прямолинейной равновесной зависимости средняя движу-щая сила процесса определяется как средняя логарифмическая между движущими силами в начале и в конце поверхности фа-зового контакта.

Аналогичным путем может быть получено соотношение и для Δх_т

(12)

где Δх_н = х_н – х_рн и Δх_н = х_н – х_рн .

Основная задача расчета процессов массопередачи: нахождение коэффициентов пропорциональности в уравне-ниях кинетики или коэффициентов массопередачи.

Макро- и микрокинетические характеристики процесса.

физические свойства обрабатываемых веществ

гидродинами-ческая обстановка процесса

основные конструктивные особенности диффузионного аппарата

Коэффициенты массопередачи

Средние эффективности различных диффузионных аппа-ратов должно производится на основе одновременного уче-та их диффузионных и гидродинамических характеристик. Единицей такого сравнения может служить, в частности, съем продукции с единицы объема аппарата.