ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Массообмен с твердыми телами из "Общий курс процессов и аппаратов химической технологии" Массообмен с твердыми телами- широко распространен в химической технологии. Это, например, процессы адсорбции и десорбции (в частности, сушки), растворения, выщелачивания, кристаллизации, сублимации и т.д. Кроме того, в качестве одной или нескольких стадий он может играть существенную роль в ряде химических процессов — каталитических и некаталитических. Чаще всего твердая фаза в таких процессах используется в виде не очень крупных зерен (их размеры редко превышают несколько сантиметров) или мелких частиц (доли миллиметра). Эти зерна, частицы (дискретная фаза) контактируют со сплошной средой (газ, жидкость), и происходит перенос какого-либо компонента (компонентов) от среды к твердой фазе или в обратном направлении. [c.871] Процесс массообмена с твердой фазой может быть организован в непрерывном, периодическом или полунепрерывном варианте. Однако относительно единичного зерна массообмен с твердым телом (например, округлым в других случаях речь может идти о цилиндрических или плоских телах), как правило, представляет собой нестационарный акт с характерной кинетикой переноса вещества внутри зерна и вне его (в сплошной среде около зерна). Известным исключением из этого правила являются стационарные каталитические процессы с постоянным Источником или Стоком переносимого вещества. [c.871] Процессы массопереноса с участием твердой фазы проходят в несколько стадий. В отсутствие химической реакции это (рис. 10.45) ввод вещества в рабочую зону процесса с потоком сплощной фазы диффузия вещества из объема этой фазы через пограничную пленку к поверхности зерна внешняя диффузия) миграция вещества внутри зерна внутренняя диффузия) вывод вещества из рабочей зоны с твердой фазой. Разумеется, в случае переноса вещества из твердой фазы в газ, жидкость порядок стадий будет обратным. [c.871] Если речь идет о сферическом зерне, то эти уравнения записываются в сферических координатах. [c.872] Уравнения Фика решаются с условиями однозначности (см. разд. 1.7), формулируемыми в соответствии со спецификой конкретного процесса. При этом начальные условия описывают распределение концентраций в начальный момент времени, а граничные — отражают особенности массопереноса на границе сплошной среды с твердым телом. Результаты решения уравнений (10.71) позволяют установить распределение концентраций по объему зерна в любой момент времени. Сочетая это решение с подробно рассмотренными выше закономерностями переноса в сплошной среде, получают решение технологической задачи в целом — для сплошной и дискретной фаз, т.е. для массообменного процесса. [c.872] Масштабные преобразования уравнения Фика и граничных условий позволяют (разд. 1.8) сформулировать рад критериев подобия. Среди них — диффузионный критерий Био В1д = = рЛи/Ом, выражающий отношение пропускных способностей стадий внешнего (в пограничной пленке сплошной среды) и внутреннего (в твердой фазе) массопереноса. [c.873] Если стадия внешней диффузии является существенно медленной (ее продолжительность гораздо больше, нежели любой другой стадии, В1д - 0), то эта стадия контролирует массоперенос в целом — ее называют лимитирующей и говорят, что массообмен протекает в условиях внешней задачи. В этом случае проще прямо использовать уравнения конвективного массопереноса, не обращаясь к уравнению Фика. Если в качестве лимитирующей стадии выступает миграция вещества внутри зерна (тогда В1д - оо), то говорят о внутренней задаче массопереноса. Однако возможны технологические ситуации, когда условия внешнего и внутреннего массопереноса весьма благоприятны, а существенно медленной стадией является подвод вещества в рабочую зону со сплошной средой или же ее отвод из рабочей зоны с твердой фазой. Тогда массообмен в рабочей зоне будет практически завершен, контакт фаз считается иде-альным, фазы уходят с равновесными концентрациями переносимого компонента. Это означает, что массоперенос происходит в условиях потоковой задачи по одной из фаз — той, что лимитирует массоперенос в целом. [c.873] При наличии лимитирующей стадии расчет процессов массопереноса относительно прост. В отсутствие лимитирующей стадии, когда хотя бы две контролирующие процесс стадии сопоставимы по интенсивности, расчет обычно значительно сложнее в этом случае говорят о смешанной задаче массопереноса. [c.873] Ниже в общем плане рассматриваются процессы массопереноса, протекающие при наличии различных лимитирующих стадий. При этом концентрация переносимого вещества в сплошной среде обозначена символом у, ее поток — символом Ь (или количество — Ь) для твердой (дискретной фазы) использованы символы С — концентрация, О — поток или С — количество (при изучении массообмена в других главах возможно отступление от этой символики). В целях определенности будем считать, что перенос вещества происходит из сплошной фазы в дискретную С . [c.873] Вернуться к основной статье