64) Механизм переноса массы в системах с подвижной и фиксированнной межфазной поверхностью(1 и 2 законы Фика).Подобное преобразование диф.Уравнения конвективного массопереноса .

Закон Фика первый: Масса вещества dM, продиффундировавшего за время d через элементарную поверхность dF ( нормальную к направлению диффузии), пропорциональна градиенту концентрации этого вещества :

dM=–D dF d

Закон Фика второй: скорость изменения плотности диффузионного потока пропорциональна скорости изменения градиента концентрации с тем же коэффициентом D и так же направлена в другую сторону.

+

Конвективный перенос

Конвективный перенос – механический перемещение вещества под действим разницы напоров жидкости. Проще говоря, перенос вещества происходит фильтрационным потоком. При этом скорость распространения потока происходит со скоростью Vd, связанной со скоростью фильтрации V соотношением: Vd=V/n, где n является активной пористостью. На основании закона Дарси, можно вывести формулу для определения скорости распространения потока: Vd=(k*I)/n, где k- коэффициент фильтрации, I – градиент напора. Таким образом, согласно приведенной выше формуле получается среднестатистическая скорость фильтрационного потока (распределение скоростей микро струек воды не учитывается). При такой сущности процесса конвективный перенос характеризуется резкой границей между вытесняющей и вытесняемой жидкостью, т.е. перемешивания нет, в динамике подземных вод это называется эффектом поршневого вытеснения. Модель поршневого вытеснения широко используется в гидродинамике при решении различных задач, связанных с изменением качества подземных вод, под влиянием поступления в них загрязняющих веществ, морских вод и т.п. Схема представлена ниже

Схема поршневого вытеснения жидкостей с одинаковой плотностью (а), жидкостей с разной плотностью (б)

При конвекции, количество переносимого вещества пропорционально его концентрации и скорости движения среды, Jk=CV, где Jk-конвективный поток, С-концентрация вещества, v-скорость потока. В реальных гидрогеологических условиях конвективный перенос сопровождается молекулярно-диффузионными процессами и в таком случае совокупность обоих видов переноса (молекулярно-диффузионного и конвективного) описывается понятием конвективной диффузии. Суммарный удельный поток вещества при конвективной диффузии имеет вид: J=CV-DmgradC, гдеCV-конвективный поток; DmgradC – молекулярно-диффузионный поток. Следовательно, суммарный поток складывается из конвективного переноса со среднестатичстическрй скоростью фильтрации V и переноса молекулярной диффузией с коэффициентом диффузии Dm.

65) Процесс абсорбции .Назначение, области применения и движущая сила. Уравнение материальных балансов и рабочей линии поверхности.

Процесс абсорбции

Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

Промышленное проведение абсорбции может сочетаться или не сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт или, если абсорбция проводится с целью санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

В промышленности процессы применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

Материальный баланс и рабочая линия процесса

Примем расход фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G–расход инертного газа, кмоль/сек; и –начальная и конечная концентрации абсортива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L–расход абсорбента, кмоль/сек ; его концентрация; и , кмоль/кмоль, абсорбента. Тогда уравнение материального баланса будет:

G( – )= L( – ) (1)

Отсюда общий расход абсорбента (в кмоль/сек)

L=G

а его удельный расход( в кмоль/кмоль инертного газа)

l= =

Это уравнение можно переписать так

– =l –

Последнее уравнение показывает, что изменение концентрации в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y–X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен l=L/G.

Движущая сила

Скорость процесса абсорбции характеризуется уравнением:

M= (2)

где –коэффициент массопередачи;

F–поверхность контакта фаз;

М-масса вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени(нагрузку аппарата).

–величина средней движущей силы;

И уравнением

M= (3)

В этих уравнениях коэффициенты массопередачи определяются следующим образом:

(4)

и

(5)

где –коэффициент массоотдачи от патока газа к поверхности контакта фаз;

–коэффициент массоотдачи от поверхности контакта фаз к потоку жидкости;

m–тангенс угла наклона линии равновесия;

Для хорошо растворимых газов величина m незначительна и мало также для диффузионное сопротивление в жидкой фазе.Тогда >> и можно принять, что .Для плохо растворимых газов можно пренебречь диффузионным сопротивлением газовой фазе (в этом случае значения m и велики). Отсюда

>> можно полагать , что .

В уравнении 2 мольные концентрации газовой фазы могут быть заменены парциальным давлением газа, выраженнымв долях общего давления.Тогда

M= (6)

где –средняя движущая сила процесса , выраженная в единицах давления;

– коэффициент массопередачи, отнесённый к единице движущей силы, выражаемой через парциальные давления поглощаемого газа.

Если линия равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса выражается уравнением:

= (7)

где = и =- –движущая сила на концах абсорбционного аппарата;

– парциальные давления газа на входе в аппарат и на выходе в него;

и – равновесные парциальные давления газа на входе в аппарат и на выходе из него.