Лако-красочные материалы — производство

В качестве примера наиболее часто используемых формул для расчета массоотдачи можно привести зависимость:

GA=±kcF(CA-CAz) (VI-15)

Где GA — поток диффундирующей массы компонента А; кс — коэф­фициент массоотдачи, F — межфазная поверхность; СА — концен­трация компонента А в ядре фазы; CAz — концентрация компонента

А на межфазной поверхности (индекс «z» означает межфазную поверхность).

Единицы измерения коэффициента теплоотдачи зависят от единиц измерения остальных величин в уравнении (VI-15). Чаще всего при­меняются следующие единицы измерения: С а — кмоль А/м3, F — м[32], GA — кмоль/ч; тогда коэффициент массоотдачи измеряется в м/ч. Знак «плюс» перед коэффициентом массоотдачи кс в уравнении (VI-15) означает, что массообмен происходит в направлении от ядра фазы к межфазной поверхности, а знак «минус», что направление массо — обмена — обратное, т. е. от межфазной поверхности к ядру фазы.

Если движущая сила процесса рассчитывается по мольным до­лям ха, то уравнение (VI-15) принимает вид:

GA= ±kxF(xA-xAz) (VI-16)

Где ха, Xaz — концентрации компонента А в ядре фазы и на межфаз­ной поверхности соответственно, кмоль А/кмоль.

В таком случае при сохранении прежних единиц измерения GA и F коэффициент массоотдачи кх измеряется в кмоль/(м2-ч).

В литературе приводится ряд других уравнений массоотдачи с коэффициентами ку, ку, кр и т. д., единицы измерения которых различны

Для упрощения дальнейших рассуждений в этом разделе, а осо­бенно для вычисления коэффициентов массопередачи, примем общие символы, выражающие концентрацию компонента А в двухфазной системе: для определения концентрации компонента А в фазе 1 — символ ZАч в фазе 2 — символ SА, не уточняя единицу измерения этих концентраций и не сообщая также, о какой фазе идет речь.2 При таких обозначениях уравнения массоотдачи для отдельных фаз двухфазной системы имеют вид:

GA = kZF(ZA-ZAz) (VI-17)

GA=kSF (SAz~SA) (VI-18)

Где Kz — коэффициент массоотдачи для фазы Z; Ks — коэффициент массоотдачи для фазы S;

Пригодность приведенных выше уравнений ограничена, так как В наиболее общем случае концентрации ZAz и SAz на межфазной по­верхности неизвестны. Известно только, что эти концентрации должны быть равновесными друг другу. Используя равновесную кривую, их следует исключить посредством сложения диффузионных сопротивлений. Однако это сложение не такое простое, как в случае теплопередачи, где по обе стороны преграды движущей силой процесса
была разность температур, выраженная в одних и тех же еди­ницах измерения. В процессе массопередачи единицы измерения концентрации фазы Z не равны единицам измерения концентрации фазы S, несмотря на то, что они могут иметь одинаковую размер­ность. Ввиду этого нужно сделать пересчет этих единиц измерения при использовании равновесных условий. С этой целью принимается, что в состоянии равновесия концентрация диффундирующей массы равна нулю, а отсюда концентрации в обеих фазах, выраженные в равновесных единицах, должны быть одинаковы, чтобы движу­щая сила процесса была равна нулю.

Рис. VI-3. Сложение диффузионных Рис. VI-4. Определение равновесных сопротивлений массоотдаче. концентраций при сложении диффу­

Зионных сопротивлений массоотдаче.

Если график равновесия в рассматриваемом диапазоне концентра­ций может быть приближенно представлен прямой линией, описы­ваемой уравнением Z*A — MZsSА + В, то нетрудно заменить кон­центрацию одной фазы на концентрацию другой фазы. Например, можно написать:

ZAz~ZA — mZS (SAz~ SA)

Где mzs — наклон равновесной линии в диапазоне концентраций Saz — SA; Z*A — концентрация компонента А, равновесная кон­центрации SА; ZAz, SAz — равновесные концентрации на межфазной поверхности (рис. VI-3 и VI-4).

После подстановки приведенной выше зависимости в уравне­ние (VI-18) и сложения левых и правых частей уравнений (VI-17) и (VI-18) получается:

ZS А

KzF ‘ ksF ZA~ZA

-F{ZK-Z) (VI-19)

ZS

Kz ks

Коэффициент массопередачи определяется выражением:

(VI-20)

Тогда уравнение (VI-19) можно записать короче:

Ga—KZF (ZA-Z1)

В приведенном выше уравнении коэффициент массопередачи был отнесен к концентрациям фазы Z (движущая сила процесса — раз­ность концентраций фазы Z), отсюда дополнительное обозначение kz.

Величина Z*A является равновесной концентрацией компонента А, которая соответствует концентрации SА в фазе S. В качестве движу­щей силы процесса можно также использовать концентрации фазы S. По этой причине производятся замены

После подстановки этого выражения в уравнение (VI-17) и сло­жения левых и правых частей уравнений (VI-17) и (VI-18) полу­чается:

(VI-22)

(VI-23)

Величина SА является равновесной концентрацией компонента А, которая соответствует концентрации Z& в фазе Z.

Коэффициенты массопередачи имеют в общем те же единицы изме­рения, что и коэффициенты массоотдачи для данной фазы, разность концентраций которой используется как движущая сила процесса. Таким образом, одинаковые единицы измерения имеют следующие величины: kz, Kz, ks и Ks•

Наиболее часто встречающиеся единицы измерения традицион­ных коэффициентов массоотдачи и массопередачи приведены в табл. VI-1. Это, разумеется, не все возможные единицы их измере­ния, а только важнейшие. Такое разнообразие единиц измерения этих коэффициентов затрудняет исследование проблемы и даже может быть причиной численных ошибок. К принципиальному упоря­дочению этих вопросов приводит только применение обобщенных характеристик диффузионных процессов, рассматриваемых в сле­дующем разделе.

Таблица VI-1

Наиболее часто употребляемые единицы измерения традиционных коэффициентов массоотдачи и массопередачи