15. 5. Понятия о равновесии между фазами

Перенос вещества между фазами обусловлен разностью концентрации компонента в контактирующих фазах. При этом между фазами отсутствует равновесие. в результате массообмена концентрация каждого компонента в обеих фазах изменяется в конечном итоге наступает состояние равновесия, которое следует понимать так, что обмен между фазами не прекращается, однако скорости перехода компонентов из одной фазы в другую выравниваются. Это проявляется внешне в том, что все характеристики обеих фаз остаются сколь угодно долго неизменными. В состоянии равновесия между концентрациями любого компонента смеси в обеих фазах имеется определенная зависимость.

Так если фаза L концентрация какого – либо компонента x’, а в фазе G концентрация y’ , то в состоянии равновесия

у*=f₁ (x’) (15.8)

Соответственно

x*=f₂ (y’) (15.9)

Соотношение между фактической концентрацией и равновесной позволяет судить о направлении процесса. Если фактическая концентрация компонента в фазе G больше равновесной.

15.6. Основное уравнение массопередачи

Скорость переноса вещества из одной фазы в другую пропорционально движущей силе ∆, характеризующей степень отклонения системы от состояния равновесия, и поверхности контакта фаз dF. Следовательно,

dM = K_∆∆dF, (15.10)

где K_∆ - коэффициент массопередачи.

Коэффициент массопередачи характеризует массу вещества, переходящего из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе процесса, равное единице. Нижний индекс ∆ у K характеризует способ выражения движущей силы процесса ∆, которая может быть выражена в любых единицах. Однако независимо от этого ∆ = с^* - с, где с - фактическая концентрация в ядре потока одной из фаз; с^* - равновесная концентрация в той же фазе.

Если с > c^*, то ∆ = с – с^*.

Размерность коэффициентов массопередачи и массоотдачи одинакова.

Для процесса массообмена, протекающих в газовой фазе (например, абсорбция), движущую силу можно выразить также через разность потенциальных давлений компонента в газе p и при равновесии p^*,

т.е. ∆ = p – p^*.

Выражение размерности К_∆ и вид уравнения для его расчета зависят от способа выражения движущей силы процесса. Иногда используют объемный коэффициент массопередачи, относя количество переданной массы к единицы объема аппарата или контактной зоны. В этом случае уравнение массы передачи записывают в виде:

dM = K_∆v ∆dV = (K_∆f)∆dV, (15.11)

где f – поверхность контакта фаз в единице объема аппарата или контактной зоны, м²/м³.

Объемный коэффициент массопередачи равен

K_v = K_∆f. (15.12)