Перегонка жидкостей

Массоперенос во внешней фазе

Массообмен между жидкостью и твёрдым веществом

Конвекция и массоотдача

1. Рассмотрим перенос массы внутри одной фазы – от ядра потока к границе раздела фаз, а именно влияние гидродинамических условий на перенос вещества У – Х.

2. Схема переноса вещества и её описание.

 

W_2p= 0

 

 

W

 

X_ГР

А

 

В пограничном гидродинамическом слое толщиной - происходит резкое изменение концентрации за счёт диффузии (конвекция мала), и это обуславливает толщину диффузионного слоя (аналогия с теплоотдачей). В области пограничного слоя роль конвекции мала, что объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается действие инерционных сил.

В ядре потока (т. А) концентрация переносимого вещества определяется турбулентной диффузией.

;

где U – средняя скорость пульсации;

l – расстояние на которое перемещаются частицы в диффузионном слое.

Перенос массы во внешней фазе описывается конвективной и молекулярной диффузией. В пограничном слое преобладает молекулярная диффузия, за пределами конвективный массоперенос.

Упрощённо поток массы можно описать уравнением:

 

 

- определяется по критериальным уравнениям

N_U ^/ = f (R_e; P_r)

при обтекании одиночных частиц потоком

N_U ^/ = A*R_e^m (P_r ^/)ⁿ

ламинарный режим

турбулентный

С

С_П

С

у

Массоперенос в твёрдой фазе

Пористые тела Е_П – пористость м³/кг;

- удельная поверхность м²/кг

r < 10^-9 м – микро;

r > 10^-9 м – макро.

Элементарные процессы:

Диффузия и конвективный перенос.

Механизмы переноса:

- обмен местами атомов с вакантными узлами кристаллической решётки;

- обмен местами соседних атомов.

 

 

 

где n – длина пути диффузии;

D_T < 10^-9 м²/с – мало.

Конвективный массоперенос возникает при изменении давления по длине поры из-за:

1. Разогрева;

2. Капиллярных сил.

Конвективный перенос возникает при: , ( - длина свободного пробега молекулы)

При ламинарном режиме внутри и вне вещества перенос описывается уравнением Гагена – Пуазеля:

для вещества с инертным носителем

 

За счёт капиллярных сил

,

,

где - угол смачивания.

Уравнение массопроводности:

 

 

где k - коэффициент эффективной массопроводности.

Уравнение массопередачи:

 

, м/с.

Перегонка жидкости – массообменный процесс разделения смесей взаиморастворимых жидкостей за счёт разности температур кипения компонентов.

Принцип перегонки заключается в нагревании смеси до кипения и последующей конденсации полученного пара. Из-за различия упругости паров

(t кипения) в паре содержится в основном легколетучий (НК) компонент, в жидкости труднотекучий (ВК) компонент.

Схема массообмена:

_ВК

Ж Пар

_НК

 

Движущей силой является разность концентраций любого компонента в каждой из фаз и его равновесной концентрацией при данных условиях

- пар

- жидкость

Назначение и область применения: служит для разделения и очистки жидкостей, а также сжиженных газов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой промышленности.

ПЖ разделяют на 2 вида:

1. Простая перегонка (дистилляция) – однократное частичное испарение исходной жидкости и конденсация паров. Её используют для жидкостей с разницей температур кипения более 20⁰ для предварительной очистки жидкости от смол и других загрязнений. М.б. как периодическим, так и непрерывным процессом.

Сконденсированные пары – дистиллят; неиспарившаяся жидкость – остаток.

2. Ректификация – более сложный процесс для получения дистиллята и остатка высокой частоты. Процесс заключается в многократном взаимодействии паров с частью дистиллята, которая называется флегмой. Как правило непрерывный процесс.

Аппараты для ректификации – колонны, аналогичны абсорберам насадочным и тарельчатым.