Процеси та апарати промислових технологій
При конвективній дифузії відбувається
перенос речовини не тільки в напрямку потоку, але й у його
поперечному перетині.
Перенос речовини з фази G у фазу L за рахунок масопередачі в кожній
із фаз можна виразити за допомогою уявлення про прикордонний
прошарок (рис. 6.6 і
6.7).
Приймаємо, що
речовина переходить із фази G, де концентрація
вища за рівноважну, у фазу L. Таким чином, здійснюється процес масовіддачі з основної маси фази G до поверхні поділу фаз і процес масовіддачі від поверхні поділу
до основної маси фази L. У кожній фазі виділяється ядро потоку (тобто основна маса потоку) і прикордонний
прошарок у поверхні поділу фаз. У ядрі відбувається інтенсивне
перемішування (за рахунок конвективно! дифузії), і концентрація цільового компонента
близька до постійної. Перенос речовини в грузлому прошарку
йде за рахунок конвективної і молекулярної дифузії. В міру наближення до прикордонного дифузійного прошарку загасає
турбулентний перенос і починає переважати молекулярна дифузія. Це
виражається все більш різкою зміною концентрації в міру наближення
до поверхні поділу. Концентрація речовини, що
розподіляється, у фазі G зменшується від
розміру «у» у ядрі потоку до розміру угр
на межі поділу фаз, а у фазі L концентрація
речовини, що розподіляється, зменшується від значення хгр до значення «х» у ядрі потоку.
Рис. 6.6. Схема
процесу масопередачі
Такий характер зміни концентрацій
пояснюється створенням прикордонним прошарком опору переходові речовини з однієї
фази в іншу.
Таким чином,
при турбулентному русі в ядрі потоку фази перенос до
межі фаз (або в протилежному напрямку) здійснюється
паралельно молекулярною і турбулентною дифузією, причому основна
маса речовини переноситься за допомогою турбулентної дифузії. У
прикордонному ж прошарку швидкість переносу лімітується швидкістю
молекулярної дифузії. Відповідно для інтенсифікації
массопереносу бажано зменшувати товщину прикордонного прошарку, підвищуючи ступінь турбулентності потоку.
Закон конвективної дифузії
дозволяє визначити кількість речовини, що
переносться з однієї фази до межі іншої, як
(6.16)
де P —
коефіцієнт масовіддачі, що характеризує перенос речовини конвективними і дифузійними потоками одночасно;
AC — рушійна сила (різниця концентрацій C - Сгр);
F — поверхня контакту фаз;
Т — час.
Відповідно до цього закону
кількість речовини, перенесеної від поверхні поділу фаз у фазу, що сприймає, пропорційно різниці концентрацій у поверхні поділу фаз і в ядрі потоку фази, що сприймає, поверхні фазового контакту і
часу.
Швидкість конвективного переносу
речовини разом із самим середовищем у напрямку, що збігається
з напрямком загального потоку, дорівнює:
(6.17)
де W —
швидкість потоку рідини, газу або пари;
C — коефіцієнт пропорційності (береться
за Довідником хіміка, т. 5, вид. Хімія, 1966 р., стор. 658).
Сумарний перенос речовини
в рушійному середовищі, за аналогією
з теплообміном, називають конвективним масообміном (конвективною дифузією).
6.4. Моделювання
масообміних процесів Рівняння масовіддачі і масопередачі
Процес переходу речовини з
однієї фази в іншу відбувається шляхом молекулярної і турбулентної дифузії.
Схематично можна уявити три
послідовні стадії процесу (рис. 6.6 і
рис. 6.7): дифузія перехідної речовини в потоці фази G до поверхні поділу фаз, проникнення через
цю поверхню і подальшу дифузію в потік фази L.
Відповідно до двоплівочної
моделі, описаної Льюисом, з обох сторін
міжфазної поверхні утворюються прикордонні плівки фаз, що контактують, (рідину — рідина, рідина — газ), що створюють основний опор переходові речовини з однієї фази в
іншу. При цьому на міжфазній поверхні досягається рівновага
обох фаз, а кількість перехідної (що дифузують) речовини M у межах кожної фази в одиницю часу
можна виразити рівняннями:
1 ... 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 ... 157 Повернутися на початок книги
