Исследование кинетики массопередачи на системе пар (газ) — жидкость

Существует большое число моделей, характеризующих механизм массопередачи, — модели Хигби, Данквертца, Кафарова и др.

Наибольшее применение нашла двухпленочная модель, предложенная Льюисом и Уитменом, заимствованная из теории растворения твердых тел, предложенной Нернстом.

На основе двухпленочной модели легко можно получить зависимость между объемным коэффициентом массопередачи (к$_х, коу) и коэффициентами массоотдачи (З_х, $_у в каждой фазе, а именно:

Эти выражения могут быть получены при следующих допущениях:

• 1) на границе раздела фаз пар и жидкость находятся в состоянии равновесия;
• 2) теплообмен между фазами отсутствует.

Для обобщения экспериментальных данных по массообмену используются критериальные уравнения вида.

где А, л" т, — - константы, получаемые в результате обработки экспериментальных данных.

Эти зависимости были положены в основу определения коэффициентов массоотдачи р_х и р_у. Накоплен большой экспериментальный материал о работе различных контактных устройств — пленочных, насадочных и барботажных тарельчатых колонн с использованием смесей различного класса. Как правило, данные получены в области средних концентраций в режиме полного орошения. При этом было отмечено, что зависимость коэффициента массопередачи монотонно возрастает.

Использование эмпирических зависимостей при расчете тарельчатых ректификационных колонн может вызвать большие расхождения, поскольку:

• — критериальные уравнения справедливы для однофазного потока, тогда как процесс ректификации протекает в гетерогенной среде;
• — зависимость коэффициента массопередачи носит монотонный характер, тогда как экспериментально установлено, что в широком диапазоне изменения концентраций зависимости коу ~ Ах), но>> ⁼ А^х) для пленочных, насадочных и тарельчатых колонн при различных соотношениях потоков фаз и для разного класса смесей имеют экстремальный характер;
• — константы уравнений обычно оценивают в лабораторных условиях при полном орошении (максимальной движущей силе), однако установлено, что коэффициент массопередачи зависит от движущей силы и это вызывает большие ошибки при расчете ректификации с флегмовыми числами, близкими к минимальному.