Основы кинетики процессов массообмена

В процессах массопередачи определяющую роль играет перенос вещества из одной, фазы в другую. Общим для них является то, что в них участвуют не менее двух фаз, причем, компонент (или компоненты) переходит из одной фазы в другую через границу раздела между фазами (межфазная по­верхность). Этот переход часто сопровождается переносом компонентов
в противоположном направлении. Таким образом, в процессе массопередачи происходит перераспределение вещества между фазами (массообмен). Переход вещества из одной фазы в другую через границу раз­дела называется массопередачей, а перенос вещества в объеме фазы к границе раздела или в противоположном направлении — массоотдачей.

Перенос вещества к границе раздела, фаз осуществляется молеку­лярной и конвективной диффузией. Для неподвижного слоя (идеаль­ного) процесс молекулярной диффузии определяется законом Фика: масса (количество) вещества dM, продиффундировавшего за единицу времени через элементарную поверхность dF (нормальную к направле­нию диффузии), пропорциональна градиенту концентрации dC/dh этого вещества:

dM=-D(dC/dn)dF, (4)

где D — коэффициент диффузии.

Движущей силой процесса молекулярной диффузии является гради­ент концентраций dCjdn.

Коэффициент массоотдачи — количество вещества, перешедшего че­рез единицу поверхности в единицу времени при разности концентраций в ядре потока и на границе раздела фаз, равной единице. Коэффициент массоотдачи определяется гидродинамическими, физико-химическими факторами, а также геометрией и размерами системы.

При переходе компонента из одной фазы в другую скорость перехода пропорциональна площади поверхности соприкосновения фаз F, време­ни т, а также разности концентраций веществ, которая является движу­щей силой процесса массообмена.

В соответствии с направлением процессов массопереноса от одной фазы к другой введем следующие обозначения; k_v — коэффициент мас­сопередачи при условии, что компонент паровой фазы у переходит в жидкую; k_x — коэффициент массопередачи в случае, когда компонент жидкой фазы х переходит в паровую; |р\, fV — коэффициенты массо­отдачи со стороны жидкой и паровой фаз соответственно. Исходя из • принятых обозначений установим связь между коэффициентами массо­передачи и массоотдачи. При этом примем, что на границе раздела фаз достигается равновесие. Допустим, что паровая фаза переходит в жид­кую, поэтому движущая сила массопередачи будет определяться в кон­центрациях паровой фазы.