Уравнения масоотдачи

Согласно всем имеющимся теоретическим и экспериментальным данным, количество массы компонента, которым обмениваются поверхность и поток среды-носителя, пропорционально абсолютному значению разности концентраций компонента на поверхности и в потоке:

j = b (сгр – с0), (1)

В уравнении (1) коэффициент массоотдачи b интегрально включает в себя всю сложную совокупность гидродинамических и концентрационных факторов, влияющих на интенсивность массообмена (массоотдачи). Уравнение массоотдачи (1) и по форме записи, и по физическому содержанию аналогично уравнению теплоотдачи. Размерность коэффициента b зависит от размерности, в которой выражаются концентрации растворенного компонента на границе (сгр) и в потоке-носителе (с0). Для объемных концентраций компонента (кг/м3) и его массового потока [j] = кг/(м2 × с) размерность b равна [b] = м/с. Физический смысл b соответствует массе компонента (кг), проходящей через 1 м2 массообменной поверхности за одну секунду при разности концентраций компонента на поверхности и в потоке вещества-носителя, равной 1 кг/м3. При других способах выражения концентраций переносимого компонента размерность коэффициента массоотдачи будет иной (см. ниже).

Величина коэффициента b фигурирует в граничном условии третьего рода на внешней границе среды, для которой формулировалась задача о нестационарных концентрационных полях.

Абсорбция (десорбция) – диффузионный процесс, в котором участвуют две фазы: газовая и жидкая. Движущей силой процесса абсорбции (десорбции) является разность парциальных давлений поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах, который стремится перейти в ту фазу, где его концентрация меньше, чем это требуется по условию равновесия.

Абсорбция — процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Процесс абсорбции происходит в том случае, когда парциальное давление извлекаемого компонента в газовой смеси выше, чем в жидком абсорбенте, вступающем в контакт с этим газом, т.е. для протекания абсорбции необходимо, чтобы газ и абсорбент не находились в состоянии равновесия. Различие в парциальном давлении извлекаемого компонента в газе и жидкости является той движущей силой, под действием которой происходит поглощение (абсорбция) данного компонента жидкой фазой из газовой фазы. Чем больше эта движущая сила, тем интенсивнее переходит этот компонент из газовой фазы в жидкую.

Процесс абсорбции обратимый, поэтому он используется не только для получения растворов газов в жидкостях, но и для разделения газовых смесей. При этом после поглощения одного или нескольких компонентов газа из газовой смеси необходимо произвести выделение из абсорбента поглощенных компонентов, т.е. десорбцию.

На практике абсорбция чаще всего применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.

Явления абсорбции широко распространены не только в промышленности, но и в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они могут приносить как пользу, так и вред (например, физическая абсорбция атмосферной влаги приводит к набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).

35. Материальный баланс процесса абсорбции составляется по распределяемому компоненту, исходя из того, что количество абсорбтива, поступающего в аппарат с инертными газовой и жидкой фазами, равно его количеству, уходящему из абсорбера с теми же фазами. (5)

где G и L – массовые расходы инертной газовой фазы и абсорбента, кг/с.

Из уравнения (5) определяют массу абсорбтива М, ушедшего из газовой фазы и поглощенного абсорбентом в единицу времени, кг/с

(6)

Для произвольного сечения аппарата уравнение (5) может быть представлено в виде: (7)

Уравнение (7) характеризует связь между текущими значениями концентраций абсорбтива в газовой и жидкой фазах. Его называют уравнением рабочей линии процесса абсорбции

или (8)

(9)

уравнения (8) и (9) представляют собой прямую линию, тангенс угла которой равен Отрезок, отсекаемый продолжением рабочей линии на оси ординат, равен свободному члену . Отношение - называется удельным расходом абсорбента и является одной из основных характеристик процесса абсорбции. Рабочая линия строится в фазовой диаграмме и проходит через две точки с координатами () и ()