Опытами установлено, что влияние поперечного потока массы на интенсивность тепло - и массообмена имеет одинаковый качественный и близкий в количественном отношении характер.

Для расчета тепло- и массообмена при испарении, конденсации, сублимации и десублимации используются также часто эмпирические обобщенные соотношения, которые в большинстве случаев дают результаты, близкие к тем, которые получаются на основе методов аналогии.

Контрольные вопросы:

1.Что называется массообменом?

2.Что называется диффузией?

3.Что называется конвективным массообменом?

4.Что такое поток массы и плотность потока массы?

5.Что является причиной возникновения потока массы?

6.Сформулируйте первый закон Фика.

7.Сформулируйте второй закон Фика.

8.При каких условиях существует аналогия тепло - и массообмена при умеренной интенсивности массообмена?

9.При каких условиях существует аналогия тепло - и массообмена при

высокой интенсивности массообмена?

10.При каких условиях возможно равенство критериев Стантона при расчете тепло- и массообмена?

11.Какая существует связь между критерием Стантона, Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля?

2.4.Массообменные процессы и аппараты со свободной поверхностью раздела фаз

2.4.1.Абсорбция газов. Основные положения

Абсорбцией называется такой процесс, в котором растворимый компонент газовой смеси поглощается жидкостью. Обратной процесс называется десорбцией (или стриппинг процессом).

Он применяется в том случае, когда необходимо выделить растворенный в жидкости летучий компонент в газовую фазу.

Контакт потоков жидкости и газа осуществляется следующим образом:

-пропусканием газа через колонну с насадкой, которая орошается жидкостью;

-пропусканием газа через колонну, заполненную распыленной жидкостью;

-барботированием пузырьков газа через слой жидкости;

-пропусканием газа над поверхностью жидкости.

Равновесные соотношения в системах газ-жидкость характеризуются равновесным распределением растворимого газа между инертными газом и

растворяющей жидкостью. Равновесное распределение поглощаемого компонента между двумя фазами (газ-жидкость) определяется параметрами: концентрацией в жидкости (х), парциальной упругостью над жидкостью (ра) и температурой (t).

При малых концентрациях распределяемого компонента связь между параметрами ра и х при данной температуре выражается в форме закона Генри:

ра=Нх,

где Н – константа Генри.

Значение константы Генри зависит от свойств газа, жидкости и от температуры. Линейный характер выражения закона нарушается при больших концентрациях компонента. Значения констант Генри для различных систем можно найти в справочнике по растворимости.

При анализе распределения компонентов между фазами для двухкомпонентных систем в качестве параметров выбирают следующие сочетания: состав (х) – давление (р); состав (х) – температура (t), содержание низкокипящего компонента одновременно в паре у и жидкости х, т.е. (у-х), содержание в жидкости х – энтальпия J при постоянном давлении. Соответственно выбранным параметрам равновесные соотношения представляются в графиках х-р; у-х; х- J.

К основным понятиям относятся:

1. Летучий компонент – это такой компонент смеси, который имеет наибольшую упругость паров при данной температуре по сравнению с упругостью паров любого другого компонента смеси. Летучий компонент имеет наименьшую температуру кипения. Труднолетучий компонент имеет наивысшую температуру кипения.

2. Относительная летучесть компонентов определяется отношением упругости пара чистого летучего компонента (А) к упругости (В), взятых при одной и той же температуре:

α = рА/ pB,,

где рА, рВ – упругость паров индивидуальных компонентов А и В при одинаковой температуре кипения, относительная летучесть компонентов выражается соответственно как:

α	AD	=	pA	;α	BD	=	pB	;α	CD	=	pC
											pD
			pD				pD

Значения коэффициентов относительной летучести, вычисляются по уравнению:

lqα 9TB −TA TB +TA

Точность вычисления α тем лучше согласуется с опытом, чем ближе температуры кипения компонентов.

3. Идеальными системами называются такие, у которых относительная летучесть во всем интервале изменения температуры (от температуры кипения

легколетучего до температуры кипения труднолетучего компонента) сохраняется постоянной.

С достаточной степенью точности этой закономерности следуют смеси из компонентов одного гомологического ряда (например, бензол-толуол).

Идеальные системы могут быть определены так же, как системы, для которых справедлив закон Рауля.

Закон Рауля устанавливает линейную зависимость между содержанием летучего компонента в жидкости, находящейся в равновесии с паром и его парциальной упругостью над смесью:

ра=харА,

где ра – парциальная упругость компонента А над смесью; ха – молярная доля компонента А в жидкости;

рА – упругость паров индивидуального (чистого) компонента в мм рт. ст.

Согласно закону Дальтона равновесная концентрация летучего компонента в паре уа, при общем давлении над смесью р запишется в виде:

уа = рра

Последние два уравнения позволяют установить связь между содержанием летучего компонента в паре и жидкости:

уа = харра

Для двух компонентной системы общее давление равно сумме парциальных давлений компонентов ра и рВ:

р= ра+рВ.

С учетом выражения закона Рауля имеем:

р= ра+рВ.=харА+ (1-ха)рВ

так как хВ=(1-ха).

Преобразуем выражение закона Дальтона для двухкомпонентной системы к виду:

ya =

xa pa

xa pa +(1− xa)pB

Вводя относительную летучесть α = pa /pB , получим:

ya =

αxa

αx

+(1

−x

)

a

a

или для двух компонентной системный:

y

x

a

=α

a

,

1− y

1−x

ya

a

a

где

- выражает количество

летучего компонента в паре

1− y

a

отнесенного к количеству труднолетучего компонента в паре;