КОЭФФИЦИЕНТ МАССООТДАЧИ. Скорость протекания любого массообменного процесса, то есть процесса переноса одного или нескольких компонентов из одной фазы в другую

В ЖИДКОЙ ФАЗЕ

Содержание работы

 

Скорость протекания любого массообменного процесса, то есть процесса переноса одного или нескольких компонентов из одной фазы в другую, определяется скоростями переноса вещества в каждой из фаз.

Интенсивность переноса вещества из ядра фазы к межфазной поверхности (или наоборот) может быть охарактеризована величиной локального коэффициента массоотдачи b_лок, который, согласно уравнению массоотдачи, равен:

 

,

(3.3.1)

 

где d j - элементарный (локальный) поток вещества;

с - концентрация компонента в ядре фазы;

с _гр - концентрация компонента в той же фазе, но у границы раздела фаз;

d А – элементарная площадь межфазной поверхности.

Заметим, что поток вещества может быть выражен либо в массовых единицах [тогда (в кг/с)], либо в молярных единицах [тогда (в моль/с)].

В формуле (3.3.1) символом «с» условно обозначена концентрация компонента без привязки этого символа к конкретным единицам измерения концентрации.

Если указанная разность концентраций компонента изменяется вдоль поверхности массообмена, то интенсивность процесса характеризуют средней величиной коэффициента массоотдачи – b (символ осреднения опущен):

 

,

(3.3.2)

 

где j - поток вещества из ядра фазы к межфазной поверхности (или наоборот) или, что то же самое, масса либо количество вещества, переносимого за единицу времени;

- средняя вдоль поверхности массообмена разность концентрации или, что то же самое, средняя движущая сила процесса массоотдачи;

А – площадь поверхности массообмена.

Экспериментальное измерение концентраций у границы раздела фаз сопряжено с определёнными трудностями.

Вместе с тем, если диффузионное сопротивление переносу компонента из одной фазы в другую (в системе газ — жидкость) целиком сосредоточено в одной из фаз, например, в жидкой, то коэффициент массоотдачи численно равен коэффициенту массопередачи К_х, определяемому выражением:

 

,

(3.3.3)

 

где с ^* - концентрация компонента в жидкой фазе, равновесная с концентрацией его в газе.

Заметим, что в формуле (3.3.3) индекс «х» у символа коэффициента массопередачи К_х в данном случае не означает молярную долю компонента, а является лишь формальным указанием на определение концентраций именно в жидкой фазе.

Среднее для всего аппарата значение коэффициента массопередачи (символ осреднения вновь опущен) определяется выражением:

 

,

(3.3.4)

 

где - средняя (вдоль поверхности массообмена) движущая сила массопередачи.

При определённых условиях средняя движущая сила массопередачи вычисляется по формуле:

 

,

(3.3.5)

 

где D с _н и D с _к – соответственно, разность рабочей (в ядре фазы) и равновесной концентраций в начальном (например, нижнем) и конечном (например, верхнем) сечениях аппарата.

Все величины, фигурирующие в (3.3.4), легко поддаются инструментальному измерению. Следовательно, определив экспериментально величину К_х, с уверенностью можно судить о равновеликом значении b _х, то есть

 

b х @ Кх.

(3.3.6)

 

Единственным необходимым условием для выполнения равенства (3.3.6) является пренебрежимо малое значение диффузионного сопротивления переносу компонента в газовой фазе. Такому условию отвечают процессы абсорбции (десорбции) очень слаборастворимых газов жидкостями, например, процессы в системе вода + диоксид углерода — воздух + диоксид углерода.

Концентрация диоксида углерода в воде, при растворении которого образуется угольная кислота, может быть определена инструментально, например, методом рН-метрии.

 

Цель работы: экспериментальное определение среднего коэффициента массоотдачи в жидкой фазе при десорбции диоксида углерода из воды в воздух в плёночном аппарате; сравнение полученного значения со значением, рассчитанным по эмпирической формуле.