Процессы и аппараты упаковочного производства

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Под конвективным массопереносом понимаю! процесс переноса вещества при движении жидкости или газа. Этот процесс происхо­дит как бы механически - макрообъемными частицами жидкостного

Или газового потока.

Рассмотрим некоторые вопросы переноса массы внутри одной фазы, т. е. от ядра потока к границе раздела фаз или наоборот-от границы раздела фаз в ядро потока. Полагаем, что в нашем случае процесс массопереноса происходит между газом и жид­костью (процесс абсорбции, т. е. массоперенос идет из фазы Фу В фазу Ф^-), режим движения турбулентный.

Гидродинамические особенности турбулентного потока в канале были рассмотрены в гл. 3. Здесь же следует отметить влияние гидродинамических условий на перенос вещества. В пограничном слое толщиной 8^ (рис. 15-2) происходит резкое, близкое к линей­ному изменение концентраций; поскольку в этой области потока скорость процесса определяется молекулярной диффузией, роль конвективной диффузии мала. Это объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается тормозящее действие сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе жидкой фазы. Образование гидродинамического пограничного слоя вблизи по­верхности раздела фаз ведет к возникновению в нем диффузионного пограничного слоя толщиной 5д, обычно не совпадающей с 5^. В ядре потока массоперенос осуществляется в основном турбу­лентными пульсациями, поэтому концентрация распределяемого вещества в ядре потока практически постоянна. Как отмечалось выше, перенос вещества движущимися частицами, участвующими в турбулентных пульсациях, называют Турбулентной диффузией. Перенос вещества турбулентной диффузией описывается уравне­нием, аналогичным уравнению (15.14а):

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Где U средняя пульсационная скорость движения частицы жидкости в поперечном направлении; /-расстояние, на которое перемещаются частицы в поперечном на­правлении; Бд = UI- коэффициент турбулентной диффузии.

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Очевидно, что пограничный слой со­здает основное сопротивление процессу переноса.

Перенос по рассмотренной схеме на­зывают Массоотдачей. По мере прибли­жения к ламинарному режиму погранич­ный слой сильно разрастается, как бы заполняя все сечение потока. В этих

Рис. 15-2. Профили изменения скорости потока жид­кой фазы (н7) и концентрации растворенного вещест­ва (х) в турбулентном потоке

*с ювиях конвективный перенос идет в направлении, параллельном жнжению потока. При этом перенос массы к границе раздела определяется в основном молекулярной диффузией. Очевидно, что корость конвективного переноса существенно выше скорости мо-юкулярной диффузии. Поэтому развитие турбулентности способст­вует ускорению конвективного переноса массы.

Теоретическим путем толщину пограничного диффузионного юя можно определить для самых простых случаев массопереноса. Поэтому использование первого закона Фика

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

'(я описания процесса затруднительно, так как закон распреде­ления концентраций в пограничном слое (дс/дп) неизвестен.

Массоотдачу, так же как и конвекцию, подразделяют на Естест-I Иную и Вынужденную, или Принудительную. При естественной массоотдаче движение жидкости происходит вследствие разности ц ютностей в разных точках жидкости, а при вынужденной - вслед -

Sane затраты энергии на движение потока извне-с помощью плсоса, мешалки и т. п. Очевидно, что естественная массоотдача-цюцесс медленный и в технике встречается редко, но часто является опутствующим процессом вынужденной массоотдачи.

По аналогии с эмпирическим законом охлаждения Ньютона ii 1И уравнением теплоотдачи) уравнение массоотдачи имеет еле-тощий вид:

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

К - (3^ коэффициент пропорциональности - коэффициент массоотдачи.

При установившемся процессе для всей поверхности F массо-ч дачи при т == 1 с уравнение (15.18) принимает вид

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Для фазы Фу уравнение массоотдачи будет аналогично урав­нению (15.18а), но с соответствующей заменой концентраций:

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Из уравнений (15.18) и (15.19) найдем размерность коэффи-' центов массоотдачи:

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Коэффициент массоотдачи показывает, какое количество ве­щества переходит от единицы поверхности раздела фаз в ядро отока (или наоборот) в единицу времени при движущей силе, равной динице.

Коэффициент массоотдачи, в отличие от коэффициента массо-!средачи, характеризует скорость переноса вещества внутри фазы конвекцией и молекулярной диффузией одновременно. Коэффи­циент массоотдачи зависит от многих факторов (физических

Свойств фазы, скорости потока, определяющих геометрических размеров и т. д.) и является аналогом коэффициента теплоотдачи. Ввиду сложной зависимости коэффициента массоотдачи от этих факторов получение обобщенной зависимости для определения величины ру или Р^ крайне затруднительно.

При разработке Моделей массопереноса обычно принимают до­пущение о том, что на поверхности раздела фазы находятся в со­стоянии равновесия, а общее сопротивление процессу переноса складывается из суммы сопротивлений двух фаз. Из этих допуще­ний следует, что на границе раздела фаз отсутствует сопротивление процессу (т. е. равновесие на границе устанавливается очень быстро-во всяком случае, быстрее изменения средней концентрации в ядре фазы, что для ряда процессов массопереноса доказано эксперимен­тально) и что процесс массопереноса подчиняется правилу адди­тивности фазовых сопротивлений.

Вследствие взаимного влияния движения фаз, участвующих в процессе массопереноса, математическое описание скорости про­цесса чрезвычайно сложно. Поэтому решение дифференциальных уравнений переноса (см. гл. 3) оказывается возможным лишь в простейших случаях, когда точно известна поверхность контакта фаз и, как правило, при их ламинарном движении. В этом случае скорость процесса определяют совместным решением уравнений переноса в каждой из фаз.

Пленочная (двухпленочная) модель Льюиса и Уит­мена основана на предпосылках, ранее рассмотренных Нернстом при изучении им растворения твердых тел в жидкостях. По этой модели с обеих сторон поверхности контакта фаз образуются неподвижные или ламинарно движущиеся пленки, в которых пере­нос вещества осуществляется только молекулярной диффузией. Эти пленки отделяют поверхность контакта фаз от ядра потока, в ко­тором концентрация практически постоянна; все изменения кон­центрации вещества происходят в пленке.

В соответствии с пленочной моделью интегрирование уравнения (15.14а) приводит к выражению

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Где §дд толщина пленки; Cq и ср-средняя концентрация в ядре фазы и концентрация на границе раздела фаз соответственно.

Сравнивая последнее уравнение с уравнениями (15.18) и (15.19), получим

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Из уравнения (15.21) следует, что величина Р обратно пропор­циональна толщине пленки, которая определяется гидродинами­ческими условиями: чем более турбулентны фазы, тем меньше бдд и, следовательно, тем выше р.

Уравнение (15.21) также показывает, что по пленочной модели коэффициент массоотдачи линейно зависит от коэффициента диф -

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Рис. 15-3. К пояснению модели пограничного диффузионного слоя

J' ши, что часто не подтверждается экспериментально. Кроме того, ' < л теория не учитывает деформации поверхности контакта фаз переноса вещества турбулентными пульсациями.

В модели пограничного диффузионного слоя, которую 'ожно считать дальнейшим развитием пленочной модели, отра -

• 'чю влияние гидродинамических условий на процесс массопере-;^са. По этой модели (рис. 15-3) концентрация вещества, постоян­ен в ядре потока, в турбулентном подслое толщиной 8^ постепенно.(игжается при приближении к пограничному слою (т. е. в буферном ^дслое), в котором соизмеримы молекулярные и турбулентные и 1ы вязкости, т. е. v%v^. С уменьшением масштаба пульсаций

Вязком подслое толщиной 5^ концентрация снижается сущест -

- ино быстрее. В глубине вязкого подслоя, внутри тонкого Диффу-ушного подслоя толщиной 5д молекулярный перенос становится повным, при этом v » v^. Толщина пограничного диффузионного юя 8д меньше толщины вязкого пограничного слоя 5^, причем

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

С Т показатель степени, отражающий закон затухания турбулентного переноса |изи границы раздела фаз.

Для систем жидкость-твердое тело Т == 3, а для систем газ(пар)-идкость и жидкость-жидкость Т = 2. Поэтому [из уравнений (15.20) (15.22)] для систем твердое тело-жидкость М ^ D ' , а для систем н(пар)-жидкость и жидкость-жидкость М ~ D0'5.

Модель обновления поверхности фазового контакта ;scto называют моделью проницания, или пенетрационной. По гой модели предполагается, что турбулентные пульсации по-s оянно подводят к поверхности раздела фаз свежую жидкость смывают порции жидкости, уже прореагировавшей с газом чаром), т. е. каждый элемент поверхности жидкости взаимодействует газом (паром) в течение некоторого времени т (время контакта ' |и обновления), после чего данный элемент обновляется. На •гнове этой модели, принимая время т контакта постоянным для vcex элементов поверхности, Хигби получил уравнение для опре -

Деления коэффициента массоотдачи:

КОНВЕКЦИЯ И МАССООТДАЧА

Как следует из уравнения (15.23), в отличие от пленочной модели скорость переноса по пенетрационной модели, как и по модели диффузионного пограничного слоя, М - D0'5, что подтверждается экспериментом.

Как и Хигби, Кишиневский принимает время контакта по­стоянным; за время контакта перенос вещества происходит по­средством как молекулярной, так и турбулентной диффузии и опи­сывается уравнением (15.23), причем коэффициент молекулярной диффузии D в уравнении (15.23) заменяется на сумму коэффициен­тов молекулярной и турбулентной диффузии, обозначаемую D^ .

Предложены и другие модели механизма массопереноса. Сле­дует отметить, что их приведенные выше модели можно исполь­зовать для расчета процессов только в частных случаях, так как вследствие чрезвычайной сложности турбулентных двухфазных потоков практически невозможно определение в них поверхности контакта фаз, распределения концентраций в фазах и других пара­метров, необходимых для расчета.

Процессы и аппараты упаковочного производства

Виды мешков и их особенности

Для переноса, транспортировки и складирования разных сыпучих материалов чаще всего используются именно мешки. Это практичная и вместе с ним доступная тара. Для изготовления изделий применяют разные материалы, но самым популярным …

Фото и пояснение к видео упаковочного аппарата(формирователя пакетов)

Фото к этому видео:

Упаковочные материалы оптом

Упаковка играет важную роль при хранении, транспортировке и продаже любой продукции. Электроника и бытовая техника, одежда, обувь и товары пищевой промышленности – все они должны быть упакованы в соответствии с …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua