Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

размер, м; р - плотность потока, кг/м; v - кинематическая вязкость потока, mVc; ц - динамическая вязкость потока, нс/м.

Величины коэффициента А и показателей степени тип определяют в результате обработки экспериментальных данных.

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МАССОПЕРЕДАЧИ

Для расчета размеров аппарата, в котором должен осуществляться данный процесс массопередачи, необходимо знать скорость этого процесса.

Скорость процесса массопередачи равна массе вещества, переданного через единицу поверхности в единицу времени, т. е. dM/dF.

С другой стороны, скорость массообменного процесса пропорциональна движущей силе процесса Д и обратно пропорциональна сопротивлению массопереноса r.

Следовательно, можно записать, что

= ± = к

dF R ИЛИ

dM = KMF. (1.13)

Величина К называется коэффициентом массопередачи, он характеризует массу вещества, переданную из фазы в фазу через единицу поверхности в единицу времени при движущей силе, равной единице.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньших размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Наибольшее влияние на интенсивность массопереноса оказывают гидродинамические и конструктивные факторы, определяющие интенсивность и характер взаимодействия контактирующих фаз.

Поскольку обычно движущая сила изменяется в ходе процесса массопередачи, пользуются усредненными величинами iC и Д<.р. Тогда уравнение (1.13) в интегральной форме запишется в следующем виде

MK.AF (1.14)

Движущая сила Д или Др может быть выражена в любых единицах концентраций, о которых речь шла выше, однако независимо от этого, Д = с - Ср, где с - рабочая (фактическая) концентрация компонента в ядре потока соответствующей фазы, Ср - концентрация компонента для данной фазы, равновесная с фактической концентрацией в другой фазе.

Из сопоставления уравнений (1.11) и (1.13) видно, что коэффициенты массоотдачи Рд и массопередачи имеют одинаковую размерность. В зависимости от способа выражения движущей силы процесса массообмена будут изменяться как единицы измерения рд и iC, так и уравнения для их расчета.

Движущая сила процесса массообмена может быть выражена разностью концентраций в той или другой фазе. Поэтому уравнение массопередачи (1.14) можно записать в виде

Очевидно, что

к, = у-ку==ку. (1.15)

V /со

Отношение

У-Ур

Ахср

определяет средний тангенс угла наклона линии равновесия в рассматриваемом диапазоне изменения концентраций, т.е. коэффициенты массопередачи ку и /С, взаимосвязаны через соответствующие движущие силы.

Когда действительная поверхность контакта фаз не определена, в качестве расчетного параметра используют условную поверхность контакта (например, площадь поперечного сечения аппарата) или рабочий объем аппарата. В этом случае получают условные величины коэффициентов массопередачи, которые, как правило, могут быть использованы при расчетах аппаратуры только определенного типа.

Если в качестве рабочей характеристики использовать рабочий объем аппарата V, то уравнение (I. 14) запишется в следующем виде:

М = K.AF = (KJyV = KcpV.

где fy - поверхность контакта фаз в единице рабочего объема аппарата, м/м; К, - коэффициент массопередачи, отнесенный к единице рабочего объема аппарата.

Для тарельчатого массообменного аппарата коэффициент массопередачи может быть отнесен к контактной площади тарелки

М = KAF = (к J, )aSN, = K,A,SN,.

где fp - поверхность контакта фаз, приходящаяся на единицу контактной площади тарелки, м/м; Кр - коэффициент массопередачи, отнесенный к единице контактной площади тарелки; S - контактная площадь тарелки, м; - число тарелок в колонне.

Уравнение массопередачи (1.14) и его разновидности обычно используются для нахождения поверхности контакта фаз, рабочего объема аппарата или числа тарелок в колонне при найденных по соответствующим уравнениям коэффициенте массопередачи и средней движущей силе процесса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МАССОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ КОЭФФИЦИЕНТЫ МАССООТДАЧИ

Схема переноса вещества между фазами представлена на

рис. 1-4.

Пусть в фазе G концентрация рассматриваемого компонента больше концентрации того же компонента в фазе L, т. е. компонент переходит из фазы G в фазу l.

О ООО,

Ядро фазы G

ОСС с

I I I dm

Ядро фазы L

бДСгр

Рнс. 1-4. Схема к определению коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи

Перенос вещества к границе раздела фаз осуществляется как путем молекулярной диффузии, т. е. движения молекул вещества через слой данной фазы, так и путем конвективной диффузии, т.е. за счет движения частиц данной фазы.

В каждой фазе различают ядро потока, в котором перенос вещества осуществляется преимущестйенно за счет конвективной диффузии, и пограничные слои толщиной 5с и 5, в которых массоперенос происходит в основном за счет молекулярной диффузии (роль которой возрастает при затухании вихрей по мере приближения к границе раздела фаз). Толщина пограничных слоев в первую очередь зависит от скоростей движения взаимодействующих фаз, т. е. от гидродинамического режима в каждой фазе. Поскольку в пограничном слое перенос вещества происходит медленнее, чем в ядре потока, то считают, что основное сопротивление переходу вещества из одной фазы в другую сосредоточено в пограничном слое.

В ядре потока частицы вещества перемешиваются интенсивно, что приводит к усреднению всех характеристик процесса. Поэтому принимают, что в ядре потока концентрации не меняются, а все изменение концентраций компонентов в каждой из фаз имеет место в пределах пограничного слоя.

На границе раздела фаз предполагается равновесие между фазами, определяющее граничные концентрации ур со стороны фазы G и хр со стороны фазы L.

Перенос массы dM вещества из фазы G к границе раздела фаз в единицу времени определяется по уравнению конвективной диффузии

dM=y-y)dF.

(1.16)

Соответственно то же количество вещества передается от границы раздела фаз в фазу L, т.е.