История развития науки о процессах и аппаратах

5.1.1. МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ


СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОНТАКТА ФАЗ

В данном разделе рассматриваются общие закономерности процессов, реализующихся в массообменных аппаратах. Процессы массопередачи называют диффузионными, так как перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей осуществляется в результате диффузии.

Механизм массопередачи. Рассмотрим механизм массопередачи на примерах, изображенных на рисунке 33.1.
Как видно из рисунка 33.1, потоки взаимодействующих фаз разделяются на две характерные области - ядро потока и пограничный слой, располагающийся непосредственно вблизи поверхности контакта с другой фазой. В пограничном слое резко изменяется концентрация переносимого компонента. В ядре потока концентрация практически постоянна; она выравнивается турбулентными пульсациями.
Массолередача в системе газ — жидкость. На стыке пограничных слоев жидкой и газообразной фаз (рис. 33.1, а)

Так же как для процессов распространения теплоты в твердом теле, это уравнение имеет аналитическое решение (в виде бесконечного ряда) для тел простейшей формы - неограниченной пластины, бесконечного цилиндра и шара. Для облегчения расчетов часто пользуются графиками, позволяющими определить концентрацию внутри твердого тела.
С помощью уравнения (33.1) находят среднюю концентрацию твердых частиц в зависимости от продолжительности процесса. Зная эту величину, можно получить необходимые сведения о кинетике процесса, а также об его эффективности по средней концентрации твердой частицы в конце процесса или кинетике изменения ее в течение процесса.
Для твердых тел произвольной формы вывод расчетного уравнения массопроводности на основе функции общего вида, выраженной зависимостью (33.1), возможен в каждом конкретном случае путем опытного определения средних (по объему частиц) концентраций в различные моменты времени и обработки экспериментальных данных.
В массообменных аппаратах необходим контакт фаз, обменивающихся массой. Для создания тесного контакта газа (пара) и жидкости применяют следующие приемы: организуют пленочное течение жидкости в трубчатых (см. рис. 33.2) или насадочных (см. рис. 33.4) колоннах, течение газа сквозь каскады жидкости, стекающей с одной поверхности на другую (см. рис. 33.3), барботаж газообразной фазы через слой жидкости с образованием струй, пузырей, пены, брызг, пенное течение жидкой и паровой фаз (см. рис. 33.8).