Оглавление:
Определение коэффициентов массоотдачи
- Эта глава посвящена изучению законов, регулирующих передачу веществ через интерфейсы. Последняя может быть истинной границей фазы, как в процессе рисования Рис. 20-1.Кроме того, массоперенос может происходить через пористые стенки(рис. 20-2). Системы, участвующие в массообмене, могут включать в себя 2 различные фазы(см. рис.20-1). Иногда массоперенос происходит с участием частиц одной и той же фазы(см. рис. 20-2). В большинстве случаев, встречающихся на практике, фаза замещения является. Многокомпонентные газовые смеси или жидкие растворы различного состава compositions.
To обрабатывать результаты опыта массообмена в многокомпонентных системах, а также При создании корреляции, позволяющей прогнозировать скорость массопереноса в такой системе, много знаний имеет знание коэффициента массопереноса. Физический и Их математическое значение раскрывается ниже. Рассмотрим поток жидкости или газа, состоящий из смеси 2 веществ A и B, движущихся вдоль твердой поверхности y = 0.Каждая скорость представлена Nad И Nbd.
Распространение этой пленки может быть подсчитано в результате составления теплового баланса, когда известен перенос тепла от горячего газа к испаряющейся поверхности. Людмила Фирмаль
Когда вещества А и в входят в поток (выраженный в количестве молей на единицу площади в единицу времени).Типичные системы, в которых происходит межфазный массоперенос В том числе 2 типа Два Рисунок 20-1.An пример массопереноса через межфазную границу (сушка насыщенных пористых образцов Рис. 20-2.Примеры массопереноса через пористые стенки (охлаждение транспирацией）： На рисунках схематично показано вещество 20-3.Наиболее часто используемые значения в литературе по массообмену приведены ниже. * Значение NA NaohAj₀ равно₀ Представляет собой компоненты Na и NB потока в положительном направлении оси y, когда массоперенос направлен внутрь фазы, которая происходит.
Рисунок 20-3. Фаза, в которой движется вещество, — это восходящий поток газа. Скорость движения каждого типа вещества по поверхности y = 0 можно представить в виде суммы 2 вкладов. [См. уравнение (15.16) 1 по механизму диффузионного переноса и механизму объемного потока соответственно. Вклад диффузии пропорционален градиенту концентрации Вещества, перемещаемые по поверхности массы transfer.
В результате в грубом приближении указанный вклад можно рассматривать как пропорциональный некоторой характеристической разности концентраций Поверхность y = DCD вблизи 0 и поток depth. At то же самое время, если нет разницы в концентрации (например、 Например, если показано на рисунке 1 (20-2)… Характерная разница между концентрацией транспортного материала и концентрацией DxA в направлении, перпендикулярном межфазной границе： Джей | с V = О〜Т-И.
Молярная скорость (когда она представляет собой коэффициент диффузии Jau и Jgy, зависящий от формы Ud₀ money и NB₀,20.1、 (ЛГ.+Lgv₀= -’х’： гв-ХВ, (^о + версии WBO)= ^ Здесь количество Xd₀= 1-xvo, поверхность промежуточной фазы, y = 0, непосредственно примыкает к потоку той части вещества, молярная доля которой in. It стоит обратить внимание на свое присутствие. Параллелизм между уравнениями (20.2) и соотношениями (20.3), представляющими закон Фика[справочная формула (15.16)]. Когда нонсенс заменяется на 1-Ха в xv, выражение (20.3) переходит в выражение (20.2). в связи с этим субстанция а и B, достаточно использовать одно из указанных уравнений.
Коэффициент массопереноса lok должен иметь одинаковое значение в обоих уравнениях. Поэтому даже на всех. Вывод, автор не применяет ни уравнение (20.3), ни какое-либо другое отношение, относящееся к молярной доле вещества. Б. Индекс ( ■ ), используемый для обозначения коэффициента массопереноса k * Yok>, указывает на то, что сам коэффициент XX lock зависит от скорости массопереноса.
Такая зависимость возникает Из-за искажения скоростных и концентрационных профилей из-за массового течения веществ а и в через границу раздела фаз. Влияние Влияние массового течения на динамику жидкости и массоперенос в данном случае не играет существенной роли, поэтому мы обсудим его более подробно позже(см. раздел 20.4-20.7). В случае очень малого значения ограничения потоков NM и NB влияние профиля скорости и концентрационного искажения массового потока транспортируемого материала является negligible.
В то же время Коэффициент массопереноса удобно найти по формуле Эй!： Nao1 ’«» Nb0 по — 0 Следует подчеркнуть, что приведенное выше определение коэффициента массопереноса отличается от формул, используемых в большинстве опубликованных оригинальных статей и в образовании Lok, аналог коэффициента kx, который выражается в преимуществе массопереноса [уравнение (20.4), уже рассматривалось в работе[6].для возможности сравнения литературы Для получения данных с теоретическими соотношениями и корреляциями, выполненными в этой книге, необходимо выяснить, как соотносятся различные формы уравнений коэффициентов массопереноса.
Многие исследователи используют следующую формулу: (20.4 в） (20.46） NM — = KTbp, LHLo=’ Первое из этих соотношений применяется к газам, второе — к жидкостям, и предположения об абсолютной величине скорости массопереноса не делаются. Пожалуйста, обратите внимание в расчете Коэффициент kx * lok из общего молярного потока N ao вычитает вклад массового потока[опорное уравнение (20.2) 1、 Эта величина kx *&xA представляет собой скорость межфазного массопереноса, осуществляемого только диффузией. Рассматриваются величины, определяемые уравнениями (20.4 а) и (20.46) Как чистый диффузионный транспорт, так и транспорт массовым потоком через границу раздела фаз.
Поэтому коэффициент массопереноса в кг и кг должен зависеть от объемной концентрации Транспортировка компонентов осуществляется более сложным способом, чем коэффициент Ki. В часто встречающихся условиях условие NB = 0, i вы-КЖ и КХ родственные с Следующие отношения： «Х = КРП (я — XL ^ — ipwo (Р = const） = kzhs (1-xA₀)=kzh₀₀(с= const） (20,4 в） (20,4 г） Если скорость массопереноса низкая, то коэффициент k / примерно соответствует коэффициенту kx, определяемому формулой (20.4), а величины pb и cb фактически постоянны. Участок выделенного канала.
В этих условиях формулы (20.4 c) и(20.4 d) указывают pwo и его среднее логарифмическое значение pb и SD рассчитывается в соответствии с заданными условиями на границе раздела и соответствующей глубиной потока： „л = kgRv.1П(20.4 д)） КХ =kzhsv₁p(20.4 е） Соотношения (20.4 e) и (20.4 e), включающие значения pD, u и b, w>, найденные в эксперименте, позволяют рассчитать коэффициент kx по имеющимся в литературе корреляциям. В следующем разделе, Если скорость массопереноса по формуле (20.2) не слишком высока, вместо коэффициентов Kx, lok, коэффициент lok Другими словами, влияние зависимости kx \ lok на скорость межфазного массопереноса может не учитываться при низких скоростях массопереноса.
- Коэффициенты “ х’Лок и K», замок может быть определен следующей безразмерной корреляцией указанных коэффициентов. Была установлена специфическая форма такой корреляции, которая обсуждалась несколько позже. Большинство известных в литературе корреляций массопереноса для систем с принудительной конвекцией являются Она выражается в виде выражения (20.5).Метод количественного описания эффекта, обусловленного эффектом дополнительной безразмерной группы (A (Max+ ^ w0 ^ x Скорость передачи массы более подробно описана в разделах 20.5-20.8. Для конечной поверхности массопереноса, по аналогии с формулой (20.2), можно ввести понятие среднего коэффициента массопереноса k.
Если скорость массопереноса этой системы достаточно мала, то она может быть приблизительно kx = kx. Уравнение (20.7) принимает вид: Здесь RId m>и моли вещества A и B указывают, что они входят в поток в единицу времени через всю поверхность массообмена*. значение xd₀ определяет состав жидкости * Индекс (t) здесь характеризует движение потока соответствующего вещества через «поверхность массопереноса». в этом контексте такой указ явно не нужен, Но тем не менее、 Это не очень полезно в других случаях (см. разделы 20.4 и 21). (20.9)） Или газовая смесь в непосредственной близости от межфазной границы. Величина LxA определяется мольной долей вещества а на границе раздела фаз Расход.
Эксперименты по испарительному пленочному охлаждению показывают, что температура поверхности стенки остается ниже температуры испарения во всех точках, которые покрыты жидкой пленкой. Людмила Фирмаль
Сравнивая формулы (20.8) и (13.1), можно легко убедиться, что они имеют одинаковую структуру. Диффузионность WAm> — lo (WAM> + IVa’«11) соответствует скорости Q Разница в характеристиках молярного состава DxA соответствует характеристической разнице температур DW, а коэффициент массопереноса kx является аналогом Коэффициент теплопередачи A. уравнения, приведенные в разделе 13.1 «коэффициент теплопередачи», могут быть преобразованы в язык массопереноса путем замены величин. Процесс передачи энергии, описание соответствующих величин, характеризующих массу transfer.
Например, аналог формулы (13.2) в случае массопереноса、 Следующая формула： «T’ — ao (H, L’b⁾+ H’JM>)= Kxi (nDL) {xA» — xM₁） Эта формула показывает медленный процесс массопереноса между стенкой трубы и потоком жидкости или газа, движущегося вдоль трубы. Молярная доля xA₀ на границе раздела фаз Предполагается, что фаза постоянна по всей длине L поверхности массопереноса. Массообмен, испарение, конденсация, растворение, кристаллизация、 Возникновение каталитических реакций в стенках труб и многое другое reasons. In уравнение (20.9), xAc показывает среднее по потоку объемное значение молярной доли вещества И вход в массообменную секцию устройства.
В следующих разделах представлены и объясняются другие понятия, важные для характеристики систем со сложной геометрией. Он полезен при математическом описании процесса медленного массопереноса в замкнутых каналах в условиях, когда известны поверхность межфазного контакта и состав обменной фазы. Используйте понятие локального коэффициента массопереноса. Этот коэффициент определяется соотношением ++(20.10） (20.11） Где xA₀ и xAI, соответственно, показывают локальную молярную долю материала а вдоль границы раздела и среднюю молярную долю того же вещества в потоке рассматриваемой фазы.
Величина NAₜ= dwam’IDA и jVB d = dwb’m’LDA — это локальный молярный поток вещества A и B через межфазные поверхностные элементы dA, направленный внутрь этой фазы. Формула (20.10) полностью аналогична формуле, описывающей тепло(13.5). если в качестве поверхностного элемента dA выбран dA = nDdz, а количество Na и Hao предполагается усредненным в кольце, то его можно отнести к потоку жидкости со стенок круглой трубы. Поверхностные элементы 13-1 показаны на фиг.
Экспериментальные данные по массопереносу между обтекаемым объектом и потоком жидкости или газа обычно представляются в виде коэффициентов массопереноса для всей поверхности Если концентрация массопереноса а, транспортируемого вещества Хао, постоянна во всех точках этой поверхности, а скорость массопереноса достаточно мала, то по аналогии с формулой (20.7) можно рассчитать Вы можете написать соотношение И ’ 1 ’n> =» X. ma’pre — ’AyuN’ Ao (12.20 am)） Где GLS-равномерная концентрация вещества A в потоке, удаленном от обтекаемого объекта.
Формула (20.12) является определением коэффициента массопереноса kx> m, который служит аналогом формулы (13.6) коэффициента теплопередачи от твердой сферы к потоку, который обтекает ее. Жидкость или газ. При применении к замкнутой системе с неизвестным поверхностным контактом, например системе пузырьков или капель воды, уравнения (20.10) и (20.11) имеют вид Изменить.1. одним из наиболее распространенных способов обобщения такого уравнения на систему с неизвестным интерфейсом является назначение коэффициента Массообмен на единицу объема system.
Низкие скорости массопереноса, формула для локального коэффициента объемного массопереноса является: ДГ ^ «1)= («ХД) замок(хм-xAb)+» А0(ДГ ’ ^ + ДГ^) (20.13） В этом соотношении значение alk представляет собой поверхность интерфейса на единицу объема элемента объема dV. с kxlolok Вы не можете измерить каждый из них в отдельности, но это поможет принять экспериментальное решение.
Расчет величины молярной доли Као в каждой точке раздела фаз не вызывает принципиальных проблем, если 2-я фаза, которая не ограничивает скорость процесса, состоит из следующего: Вы можете вычислить Хао со значительной точностью, предполагая, что условия интерфейса выполняются на интерфейсе после чистого вещества (твердого, жидкого или газообразного). Как вы могли бы рассмотреть в Примере 18-1, такая предварительная договоренность уже была создана в разделе 16.2 в равновесии. Более распространенные случаи, когда градиент концентрации существует с обеих сторон Интерфейс описан в разделе 20.3 и примере 21-2. 1. вам нужно обратить внимание еще на одну важную ситуацию.
Это связано с (20.2) и (20.3） * Соедините 1 разность концентраций «(Dgl = — Jl) с 2 скоростями массопереноса. По этой причине для решения задачи межфазного массопереноса требуется немного больше информации. * Чем решить аналогичную задачу передачи импульса и тепла(см. Главы 6 и 13).Например, как легко видно из Формулы{20.2) kx’_li, » do и Jd Это не достаточно, чтобы найти НАО поток и поток N. Для этих 3 величин можно рассчитать только отношение скорости диффузии к массовой скорости вещества А (или вещества в). Поток через фазу boundary.
To чтобы получить полное решение задачи массопереноса, нам нужно еще 1 независимое соотношение между потоком Лао и Хэ. Конкретные примеры таких дополнительных связей между потоками можно найти в разделах 16.2-16.4. ^Да, основываясь на нерастворимых физических условиях вещества B в жидкой фазе A В разделе 16.2 соотношение NB = 0 было принято и учтено при решении задачи диффузии problem. In раздел 16.3, основанный на материальном балансе (Стехиометрии) химических реакций、 Анализ свойств растворимости веществ а и в, проведенный по формуле NA, r = —YJi l * —раздел 16.4, дал дополнительную формулу ca (Naz + Nbz)= 0.
Смотрите также:
