Массообменное (диффузионное) подобие
Выведем критерии массообменного подобия с применением уравнения конвективного переноса вещества Фика:
Произведём подобные замены:
локальное накопление вещества во времени (A)
локальное накопление вещества за счёт конвекции в потоке жидкости (B)
локальное накопление вещества за счёт молекулярной диффузии (C)
Разделим (С) на (А):
= – диффузионный критерий Фурье (мера соотношения локальных накоплений вещества за счёт молекулярной диффузии и во времени в нестационарном потоке жидкости)
Разделим (В) на (С):
= – диффузионный критерий Пекле (мера соотношения скоростей массопереноса за счёт конвекции и молекулярной диффузии в потоке жидкости)
Аналогично тепловому критерию Nu можно получить диффузионный критерий Nu:
критерий массообменного подобия Нуссельта (мера соотношения скоростей массопереноса за счёт массоотдачи из ядра потока к межфазной поверхности (совместно конвекцией и молекулярной диффузией) и молекулярной диффузии)
β – коэффициент массоотдачи,
l – характерный (определяющий) геометрический размер (например, эквивалентный диаметр частицы).
l –в критериях теплового подобия определяющий геометрический размер (например, эквивалентный диаметр дисперсной частицы).
В зарубежной технической литературе диффузионный критерий Нуссельта называют иначе:
критерий Шервуда
Используют также производные критерии массообменного подобия, например:
диффузионный критерий Прандтля. Этот критерий в иностранной технической литературе именуют по другому:
Sc = – критерий Шмидта.
Массообменное подобие необходимо для определения основных размеров массообменных аппаратов, например, насадочных колонн.
С использованием критериальных уравнений массоотдачи определяют коэффициент массоотдачи контактирующих фаз, например, газовой и жидкой: и . Затем находят коэффициент массопередачи:
- уравнение аддитивности диффузионных сопротивлений.
; .
y – газовая, х – жидкая фаза.
m – коэффициент распределения.
- уравнение фазового равновесия
х – рабочая (действительная) концентрация распределяемого компонента в ядре потока жидкой фазы
- равновесная концентрация этого же компонента в газовой фазе.
Далее вычисляют межфазную поверхность:
основное уравнение массопередачи
М – диффузионный поток [кмоль/с]
средний концентрационный напор (положительная средняя разность рабочей и равновесной концентрации распределяемого компонента в одной и той же фазе), т.е. средняя двужущая сила массопередачи.
Далее по площади с учётом удельной поверхности слоя насадки (м2/м3). Далее с учётом диаметра аппарата находят высоту слоя насадки и, наконец, подбирают стандартную насадочную колонку.
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 1636;