Матеріальний баланс масообмінних процесів
Оценка 4.7

Матеріальний баланс масообмінних процесів

Оценка 4.7
doc
20.11.2021
Матеріальний баланс масообмінних процесів
4.4. Матер.баланс.doc

4.4. Матеріальний баланс масообмінних процесів.

      Матеріальні баланси масообмінних процесів залежать від способу їхнього проведення. Розрізняють однократну, безперервну і ступеневу взаємодію фаз.

      Однократна взаємодія характерна для періодичних процесів. При цьому фази змішуються, а після завершення процесу розділяються (наприклад, проведення періодичного процесу рідинної екстракції в апараті з мішалкою).

      Матеріальний баланс такого процесу по загальній кількості взаємодіючих фаз і по i-тому компоненту має вигляд

                                                 Gп + Lп = Gк + Lк ,                                              (4.8)

                                      Gп yпi + Lп xпi = Gк yкi + Lк xкi ,                                  (4.9)

де Gп і Gк – початкова і кінцева кількість фази Фу; Lп і Lк- початкова і кінцева кількість фази Фх; yпi і xпi , yкi і xкi – початкові і кінцеві концентрації i-того компонента у фазах Фу і Фх відповідно.

      Якщо величини G і L мало змінюються зі зміною складу в ході процесу, тобто Gп ≈Gк=G і Lп ≈Lк=L, то з рівняння (4.9) отримаємо

                                            yкi = yпi + (L/G)( xпi - xкi )                                      (4.10)

Рівняння (4.10) виражає склади отриманих продуктів поділу в залежності від відносної витрати фаз (L/G) і є рівнянням робочої лінії періодичного процесу.

       У масообмінних апаратах безперервної дії процес може відбуватися при безперервному контакті фаз (наприклад, в апаратах з насадкою, плівкового, розпилювального, барботажного типів) або при ступеневому контакті фаз (наприклад, у вертикальних апаратах з горизонтальними перегородками – контактними пристроями, тарілками). У першому випадку концентрація розподільного компонента у фазах змінюється монотонно (безупинно), а в другому – дискретно.

      Проведення процесу при безперервній і ступеневій взаємодії фаз істотно залежить від напрямку відносного руху фаз (прямотечія, протитечія або ін.) і гідродинамічної структури їхніх потоків.

      При безперервній протитечії, що найбільш часто використовується в техніці (рис.4.1а), матеріальний баланс для довільного перетину апарата при нескінченно малому шляху виражається наступними співвідношеннями (у випадку переходу речовини з Фу у Фх):

      по всьому потоку взаємодіючих фаз                - dG = dL,

      по i-тому компоненту                                    - d(G yi) = d(L xi).

      Інтегрування цих співвідношень в межах від початкових значень величин до їхніх значень у довільному перетині дає:

                                           Gп  -  Lк = Gк – Lп  = G – L ,                                    (4.11)

                              Gп yпi – Lк xкi = Gк yкi – Lп xпi = G yi – L xi.                      (4.12)

      При малій зміні величин G і L по висоті апарата

                             yi = yпi + (L/G)( xi - xкi ) = yкi + (L/G)( xi – xпi                 (4.13)

      Співвідношення (4.13) є рівнянням робочої лінії безперервного протитечійного масообмінного процесу. Воно виражає зв'язок складів взаємодіючих фаз у довільному перетині апарата. При  L/G = const робоча лінія процесу представляє собою пряму лінію, якщо L/G ≠ const, то робоча лінія відхиляється від прямої.

Рис. 4.1. До складання матеріального балансу при безперервному контакті фаз в умовах протитечії (а) і прямотечії (б): yр=f(x)рівноважна крива, у=A+nx робоча лінія        процесу.

      Аналогічно для безперервної прямотечії фаз (рис.4.1б) одержимо

                                           Gп  +  Lп = Gк + Lк  = G + L                                   (4.14)

                               Gп yпi + Lп xпi = Gк yкi + Lк xкi = G yi + L xi                       (4.15)

                               yi = yпi - (L/G)( xi – xпi ) = yкi - (L/G)( xi – xкi                 (4.16)

      Слід зазначити, що рівняння робочої лінії процесу (4.13) і (4.16) отримані для умов відсутності повздовжнього перемішування в масообмінному апараті, тобто для моделі ідеального витиснення.   


Матеріальний баланс масообмінних процесів

Матеріальний баланс масообмінних процесів

Рис. 4.1. До складання матеріального балансу при безперервному контакті фаз в умовах протитечії (а) і прямотечії (б): y р = f ( x ) –…

Рис. 4.1. До складання матеріального балансу при безперервному контакті фаз в умовах протитечії (а) і прямотечії (б): y р = f ( x ) –…
Материалы на данной страницы взяты из открытых истончиков либо размещены пользователем в соответствии с договором-офертой сайта. Вы можете сообщить о нарушении.