5.4.3. Випаровування рідких хімічних речовин з відкритих поверхонь розчинів [24]

Процес перенесення речовини описується критеріальним рівнянням

, (5.74)

де - критерій Нусельта для процесів випаровування; - критерій Прандтля для процесів випаровування; - критерій Грасхофа; с^* - коефіцієнт, який залежить від крайових умов, форми і режиму вільної конвекції; - показник степеня, який залежить від режиму вільної конвекції і змінюється в межах від 0 до 1/3; - масова швидкість випаровування, тобто масова кількість речовини, яка випаровується з одиниці поверхні в одиницю часу, що віднесена до одиниці різниці концентрацій на поверхні рідини і в навколишньому повітрі, м/с; – визначальний (характерний) розмір поверхні випаровування, м; - коефіцієнт кінематичної в’язкості навколишнього повітря, м²/с; – прискорення сили тяжіння, м/с²; – густина навколишнього повітря, кг/м³; – густина вологого повітря над поверхнею рідини при її температурі, кг/м³; – коефіцієнт молекулярної дифузії речовини, м²/с.

Розв’язування задачі для трьох режимів.

1. Плівковий режим. Характеристики режиму: . Для поверхні рідини – плівка (прошарок) умовно нерухомого повітря значної товщини. Перенесення речовини від поверхні рідини через цю плівку відбувається дифузією.

Об’єм пари речовини , що випаровується в одиницю часу з 1 м² поверхні рідини, за формулою Стефана для даного режиму

, м³/(см²) (5.75)

де – барометричний тиск, мм.рт.ст; – парціальний тиск пари (випарів) в насиченому повітрі безпосередньо над поверхнею рідини при температурі випаровування, мм.рт.ст; – парціальний тиск пари (випарів) в навколишньому (внутрішньому) повітрі, мм.рт.ст.

Оскільки величини і суттєво менші порівняно з величиною , то величину можна знайти за спрощеною формулою

, м³/(см²). (5.76)

2. Ламінарний режим. Характеристика режиму: . Ламінарний режим руху повітряних потоків біля поверхні випаровування спостерігається при (кр – критичний). Критеріальне рівняння для ламінарного режиму руху має вигляд

. (5.77)

Розв’язавши рівняння (5.77) отримуємо формулу, за якою можна визначити кількість випарів (пари), г/год, з поверхні рідини площею F:

, (5.78)

де при випаровуванні з горизонтальних поверхонь рідин, пара яких легша за навколишнє повітря: – те ж, пара яких тяжча за повітря; – концентрації пари в навколишньому середовищі (внутрішньому повітрі) і над поверхнею розчину, г/м³_.

3. Турбулентний режим. Характеристика режиму: . Має місце за умови .

При турбулентному режимі критеріальне рівняння (5.74) має вигляд

(5.79)

Розв’язавши рівняння (5.79), отримуємо

, г/год. (5.80)

Приймають: (при ); (при ).

В інженерних розрахунках величину , при випаровуванні з вільної поверхні рідини в навколишнє повітря, можна визначити за формулою [30]

, кг/год (5.81)

де – коефіцієнт молекулярної дифузії речовини, м²/год; - витрата повітря через смок (щілинний бортовий) системи місцевої витікальної вентиляції, м³/год; – коефіцієнт смока (відсмокта), який приймають рівним: при задіянні системи місцевої вентиляції 0,9; при не задіяній системі місцевої вентиляції – 0; – характерний розмір поверхні випаровування (ширина ванни), м; - просторовий кут підтікання повітря до смока: за відсутності смока ; для смока (і відповідно ванни) при стіні приміщення ; для окремої ванни на відстані від стіни, за наявності смока, ; для смока біля ванни, що розміщена поряд із ванною без місцевого смока, ; – площа дзеркала розчину у ванні, м²; – коефіцієнт, який залежить від різниці температур поверхні рідини і навколишнього повітря:

t, ^oC	10	20	30	40	50
kt	0,614	0,58	0,54	0,48	0,44

– концентрації пари речовини відповідно над поверхнею розчину і в навколишньому повітрі, кг/м³, які визначаються за величиною парціальних тисків:

, кг/м³

де – молекулярна маса речовини, кг/кмоль (табл. 5.25); – парціальний тиск пари речовини, Па (табл.5.27); – густина навколишнього (внутрішнього) повітря кг/м³; – барометричний тиск, Па.

Таблиця 5.27