Массообменные процессы

 

(2)

Сложность анализа процессов  массопередачи, протекающих в колонных аппаратах, состоит в том, что в большинстве случаев точно не известны ни величина поверхности контакта фаз, ни значения xi* и уi*. Поэтому в качестве движущей силы процесса массопередачи принимают разность между концентрацией распределяемого компонента i в отдающей фазе xi, и его концентрацией xi*, соответствующей состоянию равновесия в принимающей фазе, в которой концентрация компонента i равна уi. Аналогично можно определить движущую силу процесса массопередачи через разность концентраций, отнесенную к принимающей фазе: уi* - yi, где уi* - концентрация компонента i в принимающей фазе при достижении состояния равновесия ее с отдающей фазой состава xi. В соответствии с этим количество вещества Mi, переходящее из одной фазы в другую через поверхность контакта фаз F, за время τ составит:

 

        (3)

 

где Kox и Koy - общие коэффициенты массопередачи, рассчитанные по разности концентраций распределяемого компонента соответственно для отдающей и принимающей фаз.

 

 

3. Основное уравнение массопередачи

 

 

Известны два вида переноса вещества – молекулярная и конвективная диффузия. Молекулярная диффузия обусловлена переносом молекул вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией и протекает в неподвижной среде или ламинарных пограничных слоях.

Основным  кинетическим  уравнением  массообменных  процессов  является уравнение массопередачи,   которое   основано   на   общих   кинетических  закономерностях химико-технологических процессов.

Скорость   процесса  [в  кг/(м2  •  с)]  равна  движущей  силе  Д,  деленной  на сопротивление R:

 

dМ/dF = Д/R ,     (4)

 

где  dМ  -  количество  вещества,  перешедшего из одной фазы в другую в единицу времени; dF - поверхность контакта фаз.

Обозначив 1/R = К, получим основное уравнение массопередачи:

 

dМ =К ДdF ,    (5)

 

Коэффициент   К   - коэффициентом   массопередачи   (по   аналогии   с процессом теплопередачи)  характеризует  скорость процесса переноса вещества из одной фазы в другую.  Коэффициент массопередачи характеризует массу вещества, переданную из одной фазы в другую в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе процесса, равной единице.

Коэффициент массопередачи отражает уровень интенсификации процесса: чем больше величина К, тем меньше их размеров требуется аппарат для передачи заданного количества вещества. Одновременно следует воздействовать и на величину поверхности контакта фаз, стремясь ее максимальному развитию и обновлению в единице объема аппарата. Наибольшее влияние на интенсивность массоперенос оказывают гидродинамические и конструктивные факторы.

Размерность коэффициента массопередачи:

 

[К]= [dМ/ДdF]= [кг/с·Д·м2]       (6)

 

т.  е.  коэффициент массопередачи К показывает, какое количество распределяемого вещества  переходит  из  фазы в фазу в единицу времени через единицу поверхности контакта  фаз  при  движущей  силе,  равной единице. Размерность движущей силы Д может быть различной, а от нее зависит и размерность К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В технологических процессах  пищевых производств важную роль играют явления внешнего массообмена между объектами обработки и внешней средой, а также внутреннего массопереноса в самих объектах обработки, причем в большинстве случаев субстанцией переноса является влага. Интенсивность этих явлений во многом зависит от массообменных свойств объектов, количественной мерой которых являются соответствующие массовлагообменные характеристики. Знание этих характеристик необходимо для научного обоснования выбора рациональных методов обработки и оптимальных режимов процессов, инженерного расчета процессов и аппаратов, а также создания современных систем автоматического регулирования Важное значение имеет учет массовлагообменных характеристик при разработке метода и режимов хранения сырья и продуктов.

 К задачам, которые не могут быть решены без использования знания массообменных характеристик процесса относятся: проведение расчета массопереноса (например, скорости и интенсивности сушки), обработка результатов экспериментального исследования, определение расчетным путем количества влаги, перешедшей от одного тела к другому.

Знание закономерностей  массопереноса применяется при  прогнозировании результатов эксперимента, например, в расчетах по содержанию ключевых компонентов продукта, при  обосновании рецептуры комбинированных  изделий, а также в биоконсервировании.

Знание массообменных  характеристик также необходимо для правильного хранения гигроскопических продуктов, для анализа форм связи  влаги с материалом. Например, устанавливая режим сушки, при котором помимо оптимальных теплоэнергетических  показателей достигаются наилучшие  технологические свойства высушенного  материала, необходимо учитывать в какой форме перемещается влага в процессе сушки. Это возможно, если имеются значения массообменных характеристик тел.

Вышеизложенное показывает, насколько важно иметь данные по всем массообменным характеристикам  тел.

 

Список литературы

1. Муратова Е.И., Климов А.М. Введение в специальность: Учебное пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004.
2. Кафаров В. В., Основы массопередачи, 3 изд., М., 1979 г.
3. Нечаев А.П., Шуб И.С., Аношин О.М. Технология пищевых производств. – М.: КолосС, 2007. – 768 с.
4. Аношин И.М. Теоретические основы массообменных процессов пищевых производств. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 344 с.
5. Шервуд Т. К., Пигфорд Р., Уилки Ч., Массопередача, пер. с англ., М., 1982 г.