Межфазный перенос субстанции.

Проведение процессов химической технологи сопровождается переносом субстанций из ядра одной фазы через границу раздела фаз в другуюю. В зависимости от вида переносимой субстанции можно выделить массо-, тепло-, импульсопередачу. В поцессе межфазного переноса субстанции можно выделить три стадии:

- перенос субстанции от ядра первой фазы к границе раздела фаз;

- перенос через границу раздела фаз;

- перенос от границы раздела фаз к ядру второй фазы.

Перенос от границы раздела фаз к ядру фазы или от ядра к границе в зависимости от вида субстанции называют массо-, тепло-, импульсоотдачей.

Уравнения массо-, тепло-, импульсоотдачи.

Локальная форма уравнений.

Рассмотрим элементарный участок межфазной поверхности dF, совпадающей с плоскостью XOY. Поток субстанций направлен вдоль оси Z, движение фазы по оси X.

    Z             

                               W_x

                                                            X

                                                                  Рис.2.5

Рассмотрим поток убстанций за счет молекулярного и турбулентного механизмов переноса:

- j^gг_iz – диффузионный поток массы,

- q^тг_z – поток тепла за счет теплопровоности,

-  t^вг_zx – вязкий поток импульса (тензор вязких напряжений).

Как правило, конвективный перенос субстанции через границу раздела фаз отсутсвует.

Проекция теплового потока за счет теплопроводности на ось Z по закону Фурье:

q^тг_z = -(l + l_т)* dT/dz z=0                                            (2.64)

использование этого закона затруднительно, так как неизвестен закон распределения температур в тепловом пограничном слое dт. В предлах dт температура меняется от Т_г (температура поверхности раздела фаз) до Т_я (температура на внешней гренице теплового пограничного слоя, равной температуре ядра). В ядре фазы температура не меняется. По закону Ньютона тепловой поток q^тг_z может быть записан:

q^тг_z = a(Т^г - Т^я)                                                   (2.65)

Здесь a - коэффициент теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов: режима движения и физических свойств среды, геометрических параметрос каналов и т.д.

Аналогичным образом могут быть получены уравнения массо- и импульсоотдачи:

j^gг_iz= bi (C^г_i - C^я_i) = b¢_i(m^г_i - m^г_i)                                    (2.66)

t^вг_zx = j(W^г_x - W^г_x)                                                (2.67)  

Разница значений субстанций у границы раздела фаз и в ядре фазы носит

Здесь bi, j – коэффициенты массо-, и импульсоотдачи. название движущей силы субстанции отдачи. Коэффициент массо-, тепло-, импульсоотдачи определяется:

b_i =                      [м/с]           (2.68)

a =             [Вт/м²с]           2.69)

j =                  [кг/м2с]         (2.70)

Следовательно, коэффициенты массо-, тепло-, импульсоотдачи являются кинетическими характеристиками этих процессов и отражают, соответственно, количество вещества (компонента), тепла и импульса, переносимое от границы раздела фаз к ядру фазы или в обратном направлении за еденицу времени, через еденицу межфазной поверхности и приходящиееся на еденицу движущейся силы.

Коэффициенты массотдачи рассмотрены для бинарных сред.

При ламинарном течении жидкой среды вместо значения переменной в ядре потока в уравнениях (2.65) – (2.70) используют осредненное по поперечному сеченю значение. Для ламинарного режима течения модель пограничного слоя не работает.