ШПОРЫ 1-13. 1. Классификация массобоменных процессов. Способы выражения конц и расходов

• Название: 1. Классификация массобоменных процессов. Способы выражения конц и расходов
• Дата: 12.11.2018
• Размер: 284.5 Kb.
• Имя файла: ШПОРЫ 1-13.doc
• Тип: Документы; #56180

1. Классификация массобоменных процессов. Способы выражения конц и расходов

Процессы массопередачи характеризуются переходом ожного или нескольких компонентов из одной фазы в другую. Классификация:

-по агрегатному состоянию в-в

- по способу контакта фаз

- по характеру взаимодействия.

1) по агрегатному сос-нию: г-ж, ж-ж, г-тв,ж-т, г-г,тв-тв последние два используются редко.

Когда 2 разделяемых компонента содержатся одновременно в газообраз и жидкой фазах, их разделение возможно в процессах перегонки (дистилляции-разделение на различающихся по составу фракции), ректиикации-способ разделения жидких смесей, состояших из нескольких компонентов.

Абсорбция – поглощение газа жидкостью, т е процесс разделения, характеризуемый переходом в-ва из газовой фазы в жидкую. обратный – выделение газа из ж-ти-десорбция.

Экстракция- извлечение в-ва, растворенного в ж-ти другой ж-тью, практически не смешивающейся.

Перегонка- разделение гомогенных ж-ких смесей путем взаимного обмена компонентами между ж-тью и паром, получаемым испарением разделемой ж-ти смеси.

Адсорбция- поглощение компонента газа, пара или р-ра твердым поглотителем

Сушка- удаление влаги из тверд материалов, главным образом испарением. Влага переходит из тв фазы в газовую или паровую

Кристаллизация- выделение тв фазы в виде кристаллов из р-ров или расплавов. осуществляется в результате перенасыщения или переохлождения р-ра и хар-ется переходом в-ва из ж-кой фазы в тв.

Растворение- хар-ется переходом тв фазы в жидкую и представляет собой процесс обратимый кристаллизации

2) по способу контакта фаз : с непосредственным контактом фаз, контактом через мембрану и без видимой границы фаз.

3)по характеру взаимод: переодическое и непрерывное

конценрация	обознач в жидкой фазе	в газовой
Мольная конц. доля кмольА/кмоль (А+В) Массовая конц. доля кгА/кг(А+В) Относительная мольная конц. доля кмольА/кмольВ Относительная массовая конц. доля кгА/кг В Объемная мольная конц. доля кмольА/м3 (А+В) Объемная массовая конц. доля кгА/м3(А+В)	х Х сс	у У сс

2. Способы создания пов-ти контакта фаз и принцип работы основных видов массообменных аппаратов.

Рассмотрим устройство и принцип работы колонных аппаратов:

1) напольные

2) насадочные

3) тарельчатые

Полые колонные аппараты :



2) насадочные



3) тарельчатые





3. Аналогия между внутрефазным тепло и массопередачей. Поле конц. градиент конц. плотность потока распред. компонента.

Подобно теплопередаче массопередача представляет собой сложный процесс, включающий перенос в-ва в пределах одной фазы, через пов-ть раздела и его перенос в пределах другой фазы. при теплопередаче обменивающиеся теплом среды в большинстве случаев разделены тв стенкой, в то время как при массопередаче происходит обычно черезх пов-ть границу раздела соприкасающихся фаз. Эта грнаница может быть подвижной (массопередача в системег-ж или пар ж), либо неподвижной ( с тв фазой). для массообменных процессов по аналогии с процессами переноса тепла, принимают, что кол-во переносимого тепла пропорционально по-вти раздела фаз и двужущей силе. Движущая сила хар-ется степенью отклонения системы от состояния равновесия, в процессе массобмена она представлена в виде разности конц, подобно тому как, в процессах теплопереноса ее выражают разностью температур.
Как известно совокупность мгновенных значений величины во всех точках данной среды наз-ется полем этой величины. Соответственно сов-ность значений в данный момент времени для всех точек рассматриваемой среды наз-ется полем конц. производная конц по нормали dc/dn из конц пов-ти ( пов-ть постоянной конц) . Этот градиент является вектором является вектором направления повышения конц. Величина градиента ха-ет наиб скорость изменения конц в данной точке поля конц. Распред компонент будет перемещаться от одной пов-ти к другой по нормали. Изоконцентриров пов-ти не пересекаются между собой и не может иметь 2-х разных значений.Пусть разность конц между двумя близ лежащими пов-тями составляет ∆с, крайчайшее расстояние ∆n. При сближении пов-тей отношение dc/dn стремится к пределу. lim dc/dn→0= dc/dn=gradc



4.Закон молекулярной диффузии. (з. Фика) Коэффициент молекрной диффузии и его физ содержания

Молекулярная диффузия- перенос распределяемого в-ва, обусловленное ибеспорядоченным движением самих молекул. она описывается 1 законом Фика: кол-во в-ва, продиффундирувовшего за время τчерез элементарную пов-ть dF пропорционально градиенту конц этого в-ва dc/dn

, где D- коэффициент диффузии показывает какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу пов-ти при градиенте конц=1. D не зависит от гидродинамических условий, а является физич константой, способной проникать в следствие диффузии в неподвижную среду. D возрастает с ув темпер и понижением давления.

5. Конвективная диффузия . Диф у-ние конвективной диффузии и для массообмена около межфазной пов-ти

Конвективная диффузия- суммарный перенос в-ва вследствие конвективного переноса и молекул диффузии по аналогии с теплообменом.

- диф у-ния массообмена в движущ среде (стационарное) –уние выражает закон об определении конц данного компонента в движущейся среде при установившемся процессе массобмена

wgradc=D▼²c, ▼²=-оператор Гемельтона.

При неустановившемся процессе массообмена ( нестационарный)

-диф у-ние конвективной диффузии, выражает закон распределения конц. в этом у-нии помимо конц, переменной является скорость потока, поэтому данное уравнение массообмена у-ние необходимо рассматривать сорвместно с диф у-нием гидродинамики(у-ние Новье-Стокса)

если (для неподвижной фазы)

- второй закон Фика. для молекулярной диффузии.

6.Массоотдача. Физ картина массотдачи. Диффузионный пограничный слой.

Массоотдача- перенос в-ва из фазы к границе раздела фаз или в обратном направлении, т е в пределах одной из фаз

Механизм массотдачи ха-ется сочетанием молекул конвективного переноса.

Модель диф пограничного слоя:

этой модели отвечает схема распределения конц жидкой или газовой фазе. конц в-ва постоянная в ядре потока фазы , где медленно снижается в турблентном пограничном слое где в-во переносится турбулентными пульсациями в вязком подслое конц заметно уменьшается. Здесь под действием сил трения здесь движение приближается к ламинарномк и возрастает доля в-ва, передаваемого молекулярной диффузией. σ₀-турбулент переносится больше кол-ва, чем молекулярный, лишь в глубине вызкого подслоя , внутри тонкого дифф подслоя толщина молекулярного подслоя начинает увеличиваться и становится преобладающим.

Диф слой является об-тью наиболее резкого и близкого к линейному изменению конц

, υ-кинемат вязкость, m-показатель степени, который отражает закон затухания турбулентного обмена вблизи границы.
7. Закон массоотдачи (з. Щукарева) . Коэф массотдачи и его физ содержание. ф-ры, влияющие на коэф массоотдачи. Методы его определения.

Кол-во в-ва, перенесенного от пов-ти раздела фаз в воспринимающую пропорционально разности конц у пов-ти фаз в ядре потока , воспринимающей фазы, пов-ти и времени

,-коэф массотдачи, хар-ющий перенос в-ва конвективными диф потоками. -средние конц в массе(ядре) каждой из фаз. -конц у границы каждой из фаз. Коэффициент массоотдачи показывает какое кол-во в-ва переходит от пов-ти раздела фаз (или в обратном направлении) через единицу пов-ти в еиницу времени при движущей силе равной 1.

является не физ, а кинетич хар-тикой, зависящей от физ св-в фазы( p, υ) и гидродинамич условий( ламинарного и турбулентного режима), связанных с физ св-вами фазы, а также с геометрическими факторами, определяемыми конструкцией и размерами. коэф массотдачи может быть выражен в различных единицах в зав-ти от выбора единиц для массы распр в-ва и движущей силы.



8. Мат модель массотдачи и задачи решаемые с помощью этой модели.

9. Подобие в процессах массоотдачи.

Методами теории подобия можно найти связь между переменными, характеризующими процесс переноса в потоке фазы, в виде обобщенного уравнения массоотдачи:



- критерий Нуссельда, выражает отношение характерного геометрического размера к толщине диффузионного пограничного подслоя

по теории подобия прирощение величин заменим самими велечинами:

dcc, dττ? d² cc

-критерий Фурье. х-ет изменение конц во времени и изменение конц молекулярного перенорса

-критерий Пекле выражает меру отношения масса в-ва, перемещаемого путем конвективного переноса и молекулярной диффузии в сходных точках.
-критерий Прандля выражает посотянство физ св-в ж-ти в сходственных точках подобных потоков.

Подобие распределения конц и одновременное подобие скоростей в которых соблюдается в общем случае при след условии:



10. Физ картина массопередачи в системе с тв фазой, во внешней. уравнение массопередачи для систем с тв фазой.

Массопередача между тв фазой и движущейся жидкой фазой складывается из двух процессов: 1) перемещение распределяемого в-ва внутри пор тв тела к пов-ти раздела фаз вследствие внутренней массотдачи или массопроводимости2) перенос того же в-ва в ж-ти путем внешней массоотдачи. Перенос в-ва в неподвижной слое тв материала представляет собой неустоявшийся процесс, что обуславливает специфический х-р процессов массопередачи с тв фазой по сравнению с массопередачей в системе газ(пар) –ж и ж-ж.

Рассмотрим одномерный поток в-ва из тв тела в поток ж-ти, омывающего пов-ть тв. В нач момент времени τ₀ конц распред в-ва в толщине тв тела постоянна . Однако по мере перехода в-ва из пов-тного слоя в омывающую фазу в тв теле возникает градиент конц, который изменяется во времени.

Далее распред в-во диффундирует в пограничный слой ж-кой фазы. Здесь наблюдается затухание турбулентности, и более резкое изменение конц, где молек диффузия становится фактором, опред скорость процесса. В ядре конц снижается Т. о. конц в тв фазе изменяется не только в про0ве с=f(x), но и во времени с=φ(τ).

Процесс массопроводности описывается у-нием аналогичным первому з Фику для молекулярной диффузии

-коэф массопроводности. представляет собой коэф внутренней диффузии. он выражает в тех же единицах, что и коэф молек фиффузии

Во внешней фазе:перенос массы во внешней фазе осуществляется конвектив и молекулярной диффузией, обусловленные образованием вблизи по-ти тв фазы дифф пограничного слоя, в котором преоблпдает молек перенос. за пределами этого слоя в переносе массы доминируют конвективная диффузия

11.Фазовое рановесие. Равноаесие конц, у-ния и линии равновесия. использоваинге законов фаз равновесия.

Равновесие – состояние в-ва при котором распред компонент из одной фазы в другую переходит и в обратном направлении

х-конц распр в-ва в жидкой фазе,у-конц в паровой фазе.При равновесии х,у постоянны, но не равны между собой. В состоянии равновесия каждому знач х будет соответствовать равновесное знач у и наоборот.

х_р=f(y) y_p=f(x)-у-ния равновесной конц.

определяя эксперементально графически в виде линий равновесия в виде алгебраич з-ти

а-равновесная кривая для системы с компонентами-носителями, выражающая з-ть равновесной конц, например в газовой фазе, от конц жидкой фазы при р=соnst t=const

б-для процесса ректификации, построенной при р=сonst


12. Рабочая конц. У-ния и линии раб кон. Методика получения у-ний раб линии. Условие прямолинейности раб линий.

Пусть 2-х фазная система, находящаяся в аппарате стремится к равновесию, следо-но, массробменный процесс осуществляется. Но это равновесие н в одном сечении аппарата не достигается и практические конц распред компонента во всех сечениях аппарата отличны от равновесной, и эти фактич конц назыввются рабочими, а з-ть вдоль аппарата наз-ется у-нием раб конц.

Графически изображение этих линий назыв раб линиями. эти зав-ти получаются на основании у-ния мат баланса по распред компоненту. Схема массообмен аппарата, работающего в режиме идеального вытеснения при противотоке фаз:



-у-ние раб линии, выраж связь между раб конц распред компонента


13. Основное у-ние массоотдачи. коэф массоотдачи и его физ содержание. Движущая сила процесса

К-коэф массопередачи, показывает какая масса в-ва переходит из одной фазы в другую за единицу времени через единицу пов-ти контакта фаз при движ силе =1, выражается в тех же единицах, что и коэф массопередачи

Направле6ние массопредачи

а-раб линия ниже равновесной, то распределяемое в-во будет переходить из жидкой фазы в газообразную, например при ректификации, где более летучий компонент переходит из ж-кой в паровую

б-абсорция, где распред компонент переходит из газовой в жидкую фазу, абсорбция

двиущая сила процесса массопередачи –разность между раб и равновесной конц или наоборот. ее можно выразить либо по газовой либо по ж-кой фазе.