49.Равновесие фаз при массообменных процессах, материальный баланс масообмена, уравнение рабочей линии.

Основным условием протекания масообменых процессов является нарушение равновесия между фазами, которое может произойти при изменении температуры, давления или концентрации хотя бы одной из фаз. Процесс при этом будет происходить до тех пор пока вновь не установится равновесие. При равновесии не прекращается молекулярное движение и перенос вещества. а наступает равновесие в переносе вещества из одной фазы в другую и обратно. Однокомпонентное равновесие системы может состоять из 1, 2, 3-х фаз находящихся в равновесии в соответствии с правилом Гиббса:S=K-f+2 K-количество компонентов f-число фаз S-число степеней свободы Для случая одной фазы f=1 S=1-1+2=2 т.е.если в объеме имеются только пары воды то температура и давление могут меняться произвольно.

Д ля двух фаз S=1-2+2=1 если в замкнутой системе в равновесии находятся вода и водяной пар то давление и температура связаны между собои строго определенной зависимостью. Три фазы (лед,вода,водяной пар) могут существовать лишь при единственном значении темпер. и давления. S=1-3+2=0. У двух компонентной системы (этиловый спирт, вода)сост из двух фаз –жидк и вода S=2-2+2=2. Равновесные условия могут быть достигнуты изменением 2 х параметров. Если установить пост давление то в сост равновесия каждой концентрации С1 какого нибудь компонента в одной фазе соответствует концентрации С2р этого же компонента в другой фазе. Эту зависимость С2р=f(τ1) можно редставить графически в виде диаграммы равновесия:

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Рассмотрим схему элементарного массообменного аппарата, в котором происходит массообмен между двумя движущимися прямо­током фазами. Массовые скорости фаз относительно поверхности их раздела, выраженные в килограммах инертного вещества в час, обозначим G и L, а концентрации распределяемого вещества (в килограммах на килограмм инерт­ного вещества) — соответственно у и х

переходить из фазы G в фазу L, а концентрация в фазе G будет уменьшаться от у _н до У_к, соответственно концентрация в фазе L увеличится от х_н до Зс_к.

Для .бесконечно малой площади поверхности аппарата dF

Интегрируя это уравнение в пределах изменения концентраций распределяемого вещества в аппарате, получим

о ткуда определим массовые расходы

И нтегрируя уравнение в пределах от начальных до теку­щих концентраций, получим откуда опреде­лим связь между текущими концентрациями

Аналогично для противоточного движения фаз г де

Из уравнений (16.7) и (16.8) легко видеть, что связь между теку­щими концентрациями распределяемого вещества подчиняется линейным уравнениям. Уравнение прямой, выражающее зависи­мость между фактическими (рабочими) концентрациями, назы­вается рабочей линией процесса. С итчатые тарелки с переливными

устройствами:

1— тарелка; 2 — переливное устройство; 3, 4 —пороги

50 ТАРЕЛЬЧАТЫЕ БАРБОТАЖНЫЕ КОЛОННЫ являются эффективными и наиболее распространенными аппаратами, внутри которых одна под другой размещено определенное количество горизонтальных пер­форированных перегородок — тарелок, обеспечивающих течение жидкости сверху вниз, а пара — снизу вверх.

Тарельчатые колонны бывают с колпачковыми, клапанными, провальными ситчатыми тарелками, на которых имеет место неор­ганизованный перелив жидкости через отверстия, и с ситчатыми тарелками с переливными устройствами.

В колоннах с провальными тарелками газ проходит через отверстия тарелки и распределяется в слое жидко­сти, находящейся на тарелке, в виде струек и пузырьков.

На тарелках одновременно происходят барботаж пара через слой жидкости и частичный проход жидкости через отверстия тарелок. Такие конструкции тарелок очень чувствительны к расходу и давле­нию пара в колонне.

Более устойчиво работают ситчатые тарелки с переливными устройствами. Эти аппараты (рис. 17.10) имеют горизонтальные тарелки, переливные устройства и пороги. Порог 3 служит для разрушения пены, стекающей с выше- расположенной тарелки, а порог 4 — для поддержания высоты столба жидкости на тарелке. Жидкость поступает на верхнюю тарелку, переливается через переливные устройства сверху вниз и удаляется из нижней части аппарата. Газ (пар) вводится в нижнюю часть аппарата и перемещается вверх, распределяясь на каждой тарелке в виде пузырьков или факелов.

КОЛПАЧКОВЫЕ ТАРЕЛКИ

В тарелках этого типа в место обычных отверстий устанавливают небольшие патрубки с верху закрытые колпачками,в отличии от сетчатых тарелок они не засоряются тведыми примесями и поэтому применяются в спиртовой промышленности в составе ректифик. Колонн. Для лучшего диспергирования пара колпачки имеют зубчатые края. Их прим при значительных изменениях нагрузок по газу и жидкости. Недостатки: сложность констр и высокое гидравлич сопрот.

КЛАПАННЫЕ ТАРЕЛКИ

1- клапан 2-кронштейн ограничитель

3-тарелка

Плоский клапан 1 при отсутствии давления с низу перекрывает отверстие, когда давление под тарелкой возрастает клапан поднимается и пропускает газ или пар поэтому работа колонны с клап тарелками устойчива даже при колебаниях давления

Ч ЕШУЙЧАТАЯ СТРУЙНАЯ ТАРЕЛКА

Пар направляется в сторону движения

жидкости и способствует уменьшению

падения уровня жидкости на тарелке