Описание массопередачи между газом и жидкостью.
Растворимость газа в жидкости подчиняется закону Генри, если концентрация растворенного газа не велика, а температура и давление далеки от критических. Согласно закону Генри равновесное парциальное давление растворенного газа PA над раствором прямо пропорционально его концентрации в жидкой фазе СА:
(165)
где НА – коэффициент пропорциональности, называемый константой Генри или константой фазового равновесия.
РА Граница раздела фаз
Газ РАр
САр Жидкость
СА
Рисунок 46. Схема распределения парциального давления и концентрации растворяемого газообразного вещества А в фазах при массопередачи.
Скорость массоотдачи от газа к жидкости пропорциональна движущей силе – разности парциальных давлений компонента А в ядре газового потока РА и на границе раздела фаз РАр:
(166)
где bГ - коэффициент массоотдачи со стороны газовой фазы.
Скорость массоотдачи от жидкости к газу:
(167)
где bЖ – коэффициент массотдачи со стороны жидкой фазы; САр – концентрация растворенного реагента А на границе раздела фаз; СА – концентрация растворенного компонента А в основной массе жидкой фазы.
Обычно при расчете процессов массопередачи принимают, что на границе раздела фаз достигается равновесие. Однако это справедливо если сопротивлением переносу через границу можно пренебречь. При равновесии в соответствии с законом Генри:
(168)
Для вывода уравнения скорости массопередачи, учитывающего сопротивление и со стороны жидкой, и со стороны газовой фазы, запишем уравнения (166) и (167) в следующем виде:
(169)
(170)
В уравнении (170) концентрация растворенного компонента на границе раздела фаз САр выражена через парциальное давление этого вещества на границе раздела фаз в соответствии с уравнением (167).
В условиях равновесия скорости массоотдачи от газовой фазы к жидкой или от жидкой фазы к газовой равны между собой .
Почленно складывая уравнения (169) и (170), получим уравнение, не содержащее неизвестной величины парциального давления РАр на границе раздела фаз:
(171)
или
(172)
Уравнение (172) для расчета скорости массопередачи содержит лишь экспериментально определяемые величины РА (парциальное давление растворяемого компонента в газовой фазе) и СА (концентрация этого компонента в основной массе жидкости), а также коэффициент массопередачи:
(173)
В уравнение (173) для определения коэффициента массопередачи КМ входят коэффициенты массоотдачи bГ и bЖ, которые , как правило. Могут быть определены экспериментально в виде объемных коэффициентов массопередачи bГа и bЖа, где а – удельная поверхность контакта фаз, м2/м3. Константа фазового равновесия определяется по равновесным данным о растворимости газов.
При протекании процессов массопередачи сопротивление может быть равномерно распределено в жидкой или газовой фазе; возможны также случаи, когда преобладает сопротивление в жидкой фазе или, наоборот в газовой.
Например, когда сопротивление сосредоточено в газовой фазе, т.е. 1/bГ >> НА/bЖ уравнение (172) примет более простой вид:
(174)
Если же вещество А, растворившись, вступает в быструю химическую реакцию с компонентами, находящимися в жидкой фазе, то его концентрация в основной массе жидкости будет бесконечно мала и тогда
(175)
Наличие или отсутствие лимитирования процесса массотдачей в одной из фаз в сильной степени зависит от числового значения коэффициента распределения НА. При малых значениях НА, что отвечает высокой растворимости газа в жидкости
(176)
т.е. процесс абсорбции лимитируется массотдачей в газовой фазе. При больших значениях НА
(177)
т.е. сопротивление массопередаче сосредоточено в жидкой фазе.
Дата добавления: 2014-12-26; просмотров: 1500;