Материальный баланс массообменных процессов
Материальный баланс характеризует статику массопередачи и служит для установления математической зависимости между потоками веществ, взаимодействующих в массообменном аппарате.
Пусть в массообменном аппарате взаимодействуют 2 фазы. 1-я – газовая, проходит через аппарат снизу вверх, расход её 
; (имеется в виду инертная часть газа). 2-я – жидкость, 
.
Начальные концентрации распределяемого между фазами вещества и условия равновесия таковы, что массопередача осуществляется из фазыGв фазу L; причем 
- начальная и конечная концентрации распределяемого вещества в фазе G, 
- начальная и конечная концентрация распределяемого вещества в фазе L.( Здесь концентрации y и x - относительные, т.е. 
, при этом абсолютные количества инертного вещества в каждой фазе G и Lне изменяются по высоте аппарата (т.е. G,L= const).
G, 
L, 
Схема материальных потоков
в массообменном аппарате.
a у х b
-dy dx
G, 
L, 
Выделим в аппарате 2-мя 
// плоскостями 
к направлению движения потоков бесконечно малый участок фазового контакта. На этом участке концентрация распределяемого вещества в фазе G уменьшается на величину dy, а в фазе L увеличивается на величину dx. Таким образом, количество перешедшего вещества из G в L на этом участке равно:
|
|
|
dM = - Gdy = Ldx (а) дифференциальное уравнение материального баланса. Проинтегрируем это выражение в пределах всего аппарата
M = G ( yH - yK )= L ( xK - xH ) – уравнение материального баланса массообменного аппарата. Это уравнение дает возможность определить соотношения между материальными потоками в аппарате. Например, расходы фаз:
и
Если проинтегрировать уравнение (а) в пределах от низа аппарата до произвольного сечения a - b (где концентрации фаз у и х), получим:
; решим относительно у
. (*)
Выражение (*) является уравнением прямой линии, где 
- удельный расход одной из фаз.
Уравнение (*) называется уравнением рабочей линии. Оно устанавливает связь между концентрациями распределяемого вещества (y , x), которые называются рабочими концентрациями во взаимодействующих фазах. В координатах y - x эта зависимость выражается прямой, крайние точки которой определяются концентрациями вверху и внизу аппарата (см.рис.)
|
График рабочей линии процесса
Движущая сила массообменного процесса.
Как было отмечено ранее, движущая сила массообменных процессов определяется степенью отклонения от состояния равновесия, т.е. разностью между рабочей и равновесной концентрациями (или, наоборот, в зависимости от их абсолютных величин).
|
|
|
При расчете массообменных процессов движущую силу процесса и кинетику (т. е. скорость массопередачи) принято выражать следующими способами:
1. Движущая сила выражается через разность концентраций (среднеинтегральную или среднелогарифмическую), а скорость массопередачи - через коэффициенты массопередачи.
2. Движущая сила выражается через число единиц переноса, а скорость массопередачи (кинетика) - через высоту, эквивалентную единице переноса.
3. Движущая сила выражается через число теоретических ступеней контакта или число теоретических тарелок, а скорость массопередачи (кинетика)- через к.п.д. или через высоту, эквивалентную теоретической ступени контакта.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 668; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!