ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аддитивность диффузионных сопротивлений фаз и методы определения коэффициентов массоотдачи из "Ректификация разбавленных растворов" При ректификации разбавленных растворов термическим эффектом можно пренебречь, поскольку г ь и уравнение (111-87) переходит в известное уравнение (Ц-53), базирующееся на диффузионной модели. Из этого следует, что анализ массопередачи в условиях ректификации разбавленных растворов можно проводить только с учетом диффузионного механизма переноса массы. [c.91] Процесс переноса веществ из одной фазы в другую моншо представить следующим образом (рис. III-7). Пусть концентрация легколетучего компонента в жидкой фазе выше равновесной и вещество переходит из этой фазы в паровую фазу. Распределяемый компонент путем конвективной (турбулентной) диффузии переносится к поверхности раздела фаз и далее от нее вглубь паровой фазы. Вблизи поверхности раздела фаз существует пограничный слой, в котором происходит резкое изменение концентрацпи распределяемого вещества. В этом слое в результате действия спл трения и сил поверхностного натял ения происходит затухание турбулентных пульсаций п основную роль в транспорте вещества начинает играть молекулярная диффузия. При установившемся процессе на границе раздела фаз наблюдается равновесие (концентрации и являются равновесными). [c.91] Ввиду невозможности определения концентрации распределяемого компонента па границе раздела фаз, осповное уравнение массопередачи обычно выражают в виде (П-53) н (П-54). При такой форме записи уравнения массопередачи движущаяся сила процесса выражается разностью между равновесной и рабочей концентрацией (и наоборот), отражающей меру отклонения системы от равновесия. [c.92] Определение фазы, кинетика массообмена в которой лимитирует процесс массопередачи, является обязательным условием при конструктивном и технологическом оформлении ректификации. В зависимости от контролирующей фазы ректификации по-разному сказывается влияние различных факторов на эффективность разделения и очистки веществ. К их числу в первую очередь следует отнести влияние давления (температуры) на кинетику процесса [54], влияние распределения жидкости по насадке на ВЕП [55], влияние поверхностно-активных веществ [56] и др. Кроме того, расчленение общего коэффициента массопередачи на коэффициенты массоотдачи является необходимым этаном при обобщении экспериментального материала по ректификации различных веществ. При этом совершенно четко выявляется влияние гидродинамических режимов и физических свойств фаз, а также конструктивных элементов аппарата на скорость массоотдачи в каждой фазе. [c.93] В условиях глубокой очистки веществ при неизменной гидродинамической обстановке коэффициенты массоотдачи р , и р и тангенс угла наклона равновесной линии т остаются постоянными. Поэтому соотношение диффузионных сонротивлений фаз в ходе ироцесса не изменяется. [c.93] При проведении исследований на лабораторных аппаратах, иа моделях, а также на промышленных аппаратах можно найти опытным путем лишь коэффициент массопередачи. Коэффициенты массоотдачи не могут быть определены непосредственно из опыта, так как в настоящее время отсутствуют методы, позволяющие замерить концентрации фаз на границе их раздела. Поэтому для нахождения по экспериментальным данным коэффициентов массоотдачи прибегают к тем или иным косвенным методам. [c.93] Ниже будут рассмотрены три наиболее заслуживающие внимания метода разложения общего коэффициента массопередачи на фазовые коэффициенты массоотдачи. [c.93] Дли разложения общих высот единиц переноса на частные используются методы, основанные на уравнении аддитивности диффузионных сопротивлений фаз (П1-96). [c.93] Более совершенная разработка этого метода для пленочной ректификации дана в работе [62]. [c.94] Если проведена серия опытов при постоянной скорости жидкости, но при измеияюи1,ейся скорости пара, то величины В и В будут постоянными и уравнение (111-101) в координатах 1/ — 1/С изобразится прямой линией, причем угловой коэффициент этой прямой равен Ву, а отрезок, отсекаемый на оси ординат, равен В. Отсюда нетрудно вычислить коэффициенты массоотдачи. Показатель степени п при величине С нужно подобрать так, чтобы получить наибольшее приближение опытной кривой к прямой линии. Возможно применение аналитического способа подбора п [63]. [c.95] Методы, основанные на уравнениях (111-96) и (111-101), могут быть применены только для пленочных аппаратов (насадочные н с орошаемыми стенками). Для колонн с барботажными тарелками из-за значительного взаимодействия потоков фаз и зависимости поверхности контакта фаз от скорости пара использование этих способов затруднительно. [c.95] К тому же применение вышеперечисленных методов с расчетом по уравнениям (111-96) или (П1-101), не исключает влияния изменения температуры и физико-химических свойств смеси на частные коэффициенты массоотдачи. Кроме того, в широком интервале концентраций величина т не остается постоянной, что может исказить истинные величины коэффициентов массоотдачи. [c.95] Эти недостатки полностью исключаются в условиях ректификации разбавленных растворов. [c.95] Для определения частных высот единиц переноса ку и авторами предложен новый метод, который не налагает каких-либо дополнительных условий для его применения [64]. [c.95] Из анализа имеющихся теоретических и экспериментальных данных может быть сделана оценка величин показателей степени р и q, исходя из зависимости частных высот единиц переноса от диффузионного критерия Прандтля в виде hy = С Рг ш = Prl или по непосредственным данным о влиянии коэффициентов молекулярной диффузии на коэффициент массоотдачи. Тогда, определив опытным путем значения общих высот единиц переноса h iy и h oy для двух рассматриваемых разбавленных растворов, нетрудно вычислить hx и h x и определить, какой фазой лимитируется процесс массопередачи. При этом для используемых растворов должны быть заранее определены т и т . Целесообразно выбирать такие пары растворов, которые имеют заметное различие в тангенсах угла наклона равновесной линии. Это позволит с большей точностью находить частные высоты единиц переноса. Подобный метод разложения коэффициентов массопередачи может быть применен как для насадочных, так и для тарельчатых колони [65, 66, с. 76]. [c.96] Ниже приводятся результаты экспериментального изучения распределения фазовых сопротивлений рассмотренными методами при ректификации разбавленных растворов на различных контактных устройствах. При определении частных высот единиц переноса по методу, основанному на изменении соотношения истоков Я, величина потока жидкости сохранялась постоянной и менялась только скорость пара. Это позволяло считать, что поверхность контакта оставалась неизменной (до точки подвисания). [c.96] Иа рис. III-8 представлена зависимость hoy от произведения тХ по данным опытов с ректификацией разбавленных растворов брома в lj. Как видно из этого рисунка, между этими величинами наблюдается прямолинейная зависимость, что позволяет рассчитать частные высоты единиц переноса. [c.96] На рис. П1-9 приведены опытные данные, полученные при определении частных высот единиц переноса по методу, основанному на уравнении (П1-101). При этом оказалось, что для разбавленного раствора брома в четыреххлористом углероде доля диффузионного сопротивления жидкой фазы fx 60%, а раствора иода в том же растворителе / .л 20%. Эти результаты удовлетворительно согласуются с данными, полученными методом сравнения ректификации двух разбавленных растворов (табл. 111-4). Однако учитывая условия проведения опытов, последнему способу следует отдать предпочтение. [c.97] Вернуться к основной статье