Правило фаз Гиббса.

Ф+С=К+2,

30. Равновесие при массообмене

При равновесии достигается определенная зависимость между предельными или равновесными концентрациями распределяемого вещества в фазах для данных температуры и давления при которых осуществляется процесс массопередачи. Равновесная концентрация обозначается (*) звездочкой.

В условиях равновесия некоторому значению (рабочей концентрации) отвечает строго определенная концентрация в другой фазе, которую обозначаем *. Соответственно концентрации отвечает равновесная концентрация *. В самом общем виде связь между концентрациями распределяемого вещества в фазах при равновесии выражается зависимостью: *=или*=. Любая из этих зависимостей изображается графическилинией равновесия (1)-линия на рисунке.

Отношение концентраций фаз при равновесии называется коэффициентом распределения ( ).

Коэффициент распределения выражает тангенс угла наклона линии равновесия и для кривой линии равновесия, является величиной переменной.

Линия(2)-выражается уравнением

= и называется рабочей линией. Рабочие концентрации распределяемого вещества не равны равновесным и в действующих аппаратах никогда не достигают равновесных значений.

Линия(2)-выражается уравнением

= и называется рабочей линией. Рабочие концентрации распределяемого вещества не равны равновесным и в действующих аппаратах никогда не достигают равновесных значений.

В

ид функции = или уравнение рабочей линии в его общем виде, является одинаковым для всех массообменных процессов и получается из их материальных балансов.

Определение направленности массопереноса.

Распределяемое вещество всегда переходит из фазы, где его содержание выше равновесного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Направление переноса распределяемого вещества, то есть направление массопередачи, можно определить с помощью линии равновесия и рабочей линии.

31. Скорость массопередачи связана с механизмом переноса распределяемого вещества в фазах. Перенос вещества внутри фазы может происходить только путем молекулярной диффузии (фаза неподвижна), либо путем диффузии и конвекции (движущаяся среда).В турбулентном потоке молекулярная диффузия преобладает только вблизи поверхности раздела фаз. При турбулентном течении возникают нерегулярные пульсации скорости под действием которых, на ряду с общим движением потока происходит перемещение частиц во всех, и в том числе и поперечном направлении. Конвективный перенос вещества, осуществляемый под действием турбулентных пульсаций называют турбулентной диффузией.

Конвективный перенос.

Происходит лишь в движущейся среде. Скорость конвективного переноса вещества вместе с самой средой в направлении, совпадающим с направлением общего потока равна

где - скорость потока жидкости, газа или пара.

с- коэффициент пропорциональности.

Суммарный перенос вещества в движущейся среде, по аналогии с

теплообменом, называют конвективным массообменом (конвективной диффузией). Распределение концентраций при массообмене определяется дифференциальным уравнением массообмена в движущейся среде.

Если процесс стационарен, то , если процесс протекает в неподвижной среде, то, уравнение принимает вид:

-это уравнение носит название второго закона Фика.

В дифференциальном уравнении массообмена в движущейся среде,

помимо концентраций, переменной является скорость потока. Поэтому данное уравнение надо рассматривать совместно с дифференциальными уравнениями гидродинамики. Для расчета массообменных процессов приходится прибегать к преобразованию дифференциальных уравнений методами теории подобия.

Молекулярная диффузия.

Молекулярной диффузией называется перенос распределяемого вещества, обусловленный беспорядочным движением самих молекул. Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика, который был установлен немецким ученым А. Фиком в1855 году, согласно которому количества вещества , продиффундировавшего за время через элементарную поверхность (нормальную к направлению диффузии) пропорционально градиенту концентрации этого вещества:

или

D- коэффициент молекулярной диффузии[ м²/с].

Удельный поток вещества, переносимого молекулярной диффузией

через единицу поверхности (S=1) в единицу времени () равен

-удельное количество вещества или скорость молекулярной диффузии.

Физический смысл коэффициента диффузии- он показывает какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу