Навігація
Головна
Массообмен в процесах абсорбціїКінетика адсорбціїБіохімічна кінетика
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Кінетика абсорбції

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Нехай концентрація распределяемого речовини у фазі G вище рівноважної, і речовина переходить з фази G у фазу L (див. Рис. 7.1), распределяемое речовина у фазі G переноситься до поверхні розділу фаз, а у фазі L переноситься від цієї поверхні.

Перенесення речовини в обох фазах здійснюється шляхом молекулярної та конвективної дифузії.

Дифузія - процес самовільного переміщення речовини в просторі, провідний до рівномірного заповнення всього наявного обсягу молекулами даної речовини і вирівнюванню його концентрацій. Дифузія може здійснюватися тільки тоді, коли в різних точках простору концентрація речовини неоднакова. Рушійною силою дифузії є градієнт концентрацій, тобто їх зміна в сусідніх ділянках фази.

Згідно поглядам молекулярно-кінетичної теорії інтенсивність процесів переносу в газах і рідинах однозначно визначається довжиною вільного пробігу частинок і, отже, їх фізико-хімічними характеристиками і параметрами стану. Залежно від останніх довжина вільного пробігу може змінюватися в широких межах, а в нормальних умовах вона складає порядку декількох десятих часток мікрометра. Так, середній вільний пробіг молекул азоту і кисню в повітрі при звичайних атмосферних умовах приблизно дорівнює (5 ... 8) 10 -8 м.

Молекулярна дифузія - це перенос речовини внаслідок безладного теплового руху молекул, іонів, атомів. Кількісно описується перший законом Фіка: кількість продіффундіровавшего речовини М пропорційно градієнту концентрацій с, площі S і часу t:

(7.30)

де D - коефіцієнт молекулярної дифузії.

Коефіцієнт молекулярної дифузії D показує, яку кількість речовини дифундує через одиницю поверхні в одиницю часу при градієнті концентрації, що дорівнює одиниці:

Коефіцієнт молекулярної дифузії не залежить від гідродинамічних умов, а залежить від властивостей речовини, середовища, температури і тиску. Для газів коефіцієнт дифузії D прямо пропорційний температурі і обернено пропорційний тиску. Для газів і парів коефіцієнт дифузії на 4 ... 5 порядків більше, ніж для рідин.

Коефіцієнт дифузії в меншій мірі, ніж константа швидкості хімічної реакції, залежить від температури. Він збільшується в 1,1 ... 1,5 рази при підвищенні температури на 10 ° С.

Залежність коефіцієнта дифузії від температури і тиску наближено можна виразити співвідношенням:

(7.31)

Визначають коефіцієнти дифузії дослідним шляхом. При відсутності дослідних даних для двокомпонентних газових сумішей з речовинами А і Б часто використовують напівемпіричну формулу Джілліленда:

(7.32)

де р - абсолютний тиск в системі, М Па; v A і v B - молярний обсяги газів A і В, м 3 / моль; М А і М У - молекулярні маси газів А і В.

Обчислювати коефіцієнти дифузії для двокомпонентних газових сумішей можна також за формулою

(7.33)

Коефіцієнт дифузії молекул газу А, розчинених у рідині В, можна підрахувати орієнтовно за виразом:

(7.34)

де μ ж - коефіцієнт динамічної в'язкості чистої рідини В при 20 ° С, МПа · с; t-температура розчину, ° С; с - коефіцієнт, що залежить від ассоциированности молекул розчину, який можна приймати: для неасоційованих рідин (бензол, ефіри) 1; для ацетону 1,15; для спиртів 2; для води 4,7.

Коефіцієнти дифузії речовин в розведених розчинах наближено можна підрахувати за формулою

(7.35)

де М - мольна маса розчинника; Т - температура розчину. К; ν - молекулярний об'єм розчиненого газу, м 3 / моль; сл - коефіцієнт, який можна приймати: для неасоційованих рідин 1; для спиртів 1,5; для води 2,6.

Коефіцієнт дифузії газу в рідині D, (при температурі t) пов'язаний з коефіцієнтом дифузії D 20 (при температурі 20 ° С) наступної наближеною залежністю:

(7.36)

в якій температурний коефіцієнт може бути визначений за емпіричною формулою

(7.37)

де μ - динамічний коефіцієнт в'язкості рідини при 20 ° С, МПа; р - щільність рідини, кг / м 3.

В основній (центральної) масі фази, тобто ядрі фази, де зазвичай відбувається інтенсивне перемішування, перенесення речовини здійснюється переважно шляхом конвективної дифузії.

Конвективна дифузія - це дифузія рухомими частинками носія і распределяемого речовини.

Перенесення речовини в прикордонному шарі здійснюється шляхом конвективного і молекулярної дифузії, причому в міру наближення до поверхні розділу фаз відбувається загасання конвективних потоків і зростає роль молекулярної дифузії.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Рівняння конвективної дифузії має наступний вигляд:

(7.38)

де М - кількість речовини, що переноситься з фази, що віддає речовина, до поверхні розділу фаз (або від поверхні розділу фаз в фазу, сприймаючу ця речовина), кг / с; β - коефіцієнт массоотдачи, м / с; S - поверхня розділу фаз, м 2; ΔС ф.сл - різниця концентрацій распределяемого речовини у фазі і у поверхні розділу, кг / м 3.

Коефіцієнт массоотдачи залежить від гідродинамічних, фізичних і геометричних факторів і визначається експериментальним шляхом з обробкою даних за допомогою теорії подібності.

Додаток теорії подібності до процесів массопередачи показало, що ці процеси визначаються критерієм Рейнольдса Re і дифузійними критеріями Нуссельта Νu / і Прандтля Рr ', які є аналогами теплових критеріїв Nu і Рr.

Критерії Re і Рr є визначальними, критерій Nu - обумовленим. Залежність між критеріями виражається рівнянням

(7.39)

По знайденому значенню Nu 'обчислюють коефіцієнт массоотдачи β.

Нижче наводяться значення дифузійних критеріїв і критерію Рейнольдса:

(7.40)

(7.41)

(7.42)

Тут β - коефіцієнт массоотдачи, м / с; l - визначальний геометричний розмір, м; D - коефіцієнт дифузії, м 2 / с; μ - динамічна в'язкість, Па · с; р - щільність, кг / м 3; w - швидкість, м / с.

Основне рівняння масопередачі має наступний вигляд:

(7.43)

де M - кількість речовини, що перейшло з однієї фази в іншу, кг / с; К - коефіцієнт масопередачі, м / с; S - поверхня дотику фаз, м 2; Δ - рушійна сила процесу массопередачи, кг / м 3 (Па).

Швидкість процесу абсорбції при перенесенні речовини з однієї фази в іншу визначається основним рівнянням масопередачі:

(7.44)

де К у і К х - коефіцієнти масопередачі по газовій і рідкій фазах; S - поверхня контакту фаз; ΔΥ ср, ΔХ ср - середня рушійна сила відповідно в газовій і рідкій фазах.

З рівняння (7.43) випливає, що коефіцієнт масопередачі виражає кількість речовини, що переходить з однієї фази в іншу за одиницю часу через одиницю поверхні зіткнення при рушійній силі, рівній одиниці.

Коефіцієнти массопередачи пов'язані з коефіцієнтами массоотдачи:

(7.45)

де β г і β ж - коефіцієнти массоотдачи відповідно в газовій і рідкій фазах.

Член (1 / β г) висловлює опір переходу речовини в газовій фазі (7, член (м / β ж) - опір в рідкій фазі L.

Для добре розчинних газів величина т незначна, тобто d / β г >> (1 / β ж) і можна прийняти, що Κ y ≈ β г. Отже, в такій системі всі опір масопередачі зосереджено в газовій фазі. При малій розчинності газу в рідині (1 / β ж) "(1 / mβ г), тому можна вважати До х ≈ β ж. У цьому випадку всі опір масопередачі зосереджено в рідкій фазі.

Розмірність коефіцієнта масопередачі залежить від розмірності рушійної сили. Наприклад, якщо рушійна сила виражається у вигляді різниці об'ємних концентрацій, тобто кг / м 3, то розмірність коефіцієнта масопередачі згідно рівняння (7.43)

Якщо рушійна сила Δ виражена через різницю парціальних тисків, тобто в паскалях або ньютонах на квадратний метр, розмірність коефіцієнта масопередачі

Зв'язок між коефіцієнтами массопередачи До з і К р:

(7.46)

де М до - молекулярна маса компонента; R - газова постійна, Дж / (кмоль · град); Т - абсолютна температура, К.

Іноді коефіцієнт масопередачі відносять до одиниці робочого об'єму апарата (об'ємний коефіцієнт масопередачі). У цьому випадку він визначається співвідношенням

(7.47)

де f - поверхня дотику фаз, віднесена до одиниці робочого об'єму апарата, м 2 / м 3.

Розмірність об'ємного коефіцієнта масопередачі при рушійній силі, вираженої в кг / м 3,про] = [1 / с].

Рушійною силою абсорбції є різниця між парціальним тиском розчинної газу в газовій суміші і його рівноважним тиском над плівкою рідини, що контактує з газом. Абсорбція походите тому випадку, якщо парціальний тиск абсорбується компонента в газовій фазі більше рівноважного парціального тиску цього ж компонента над даним розчином. Чим більше різниця між цими тисками, тим більше рушійна сила і тим з більшою швидкістю протікає абсорбція.

Якщо значення рушійної сили не є позитивним числом, то абсорбції не відбувається. Якщо значення являє негативну величину, то відбувається десорбція і кількість забруднювачів в оброблюваному газі може зрости.

Для визначення швидкості абсорбції необхідно знати рушійну силу процесу, яка виражається різницею концентрацій компонента в одній з фаз і рівноважної концентрацією (або зворотному різницею), тобто

(7.48)

(4.49)

де Y * - рівноважна концентрація в газовій фазі; X * - рівноважна концентрація в рідкій фазі.

Чим більше ця різниця, тим з більшою швидкістю протікає процес. Вона змінюється по висоті апарату і залежить від багатьох факторів, у тому числі від характеру руху фаз.

Концентрація газової та рідкої фази змінюється при русі фази уздовж поверхні їхнього зіткнення; внаслідок цього зазвичай змінюється вздовж поверхні зіткнення і рушійна сила масопередачі. При розрахунку користуються середнім значенням рушійної сили.

Середню рушійну силу процесу массопередачи можна розрахувати як середню інтегральну, середню логарифмічну або середню арифметичну величину з рушійних сил на вході в апарат і на виході з нього.

Середня інтегральна величина використовується в тому випадку, якщо рівноважна лінія на діаграмі Y - X є кривою. Наприклад, для газової фази:

(7.50)

Середню логарифмічну величину рушійної сили використовують в тому випадку, коли рівноважна лінія на діаграмі YX є прямою Y * = mX:

(7.51)

(7.52)

де Υ н, Υ k - концентрація компонента в газовій фазі на вході в апарат і на виході; m - коефіцієнт розподілу; ΔΚ 6, ΑΥ м - велика і менша рушійна сила процесу.

Середня арифметична величина рушійної сили використовується, коли (ΔΥ 6 / ΔΥ м) ≤ 2:

(7.53)

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Cхожі теми

Массообмен в процесах абсорбції
Кінетика адсорбції
Біохімічна кінетика
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук