МАСООБМІН

МАСООБМІН — процес переносу речовини з однієї фази в іншу в нерівноважних бінарних або багатокомпонентних системах. М. включає масовіддачу (перенесення речовини від поверхні розподілу фаз всередину фази) та масопередачу (перенесення речовини з однієї фази в другу через поверхню розподілу фаз). Розрізняють еквімолярний М., при якому через поверхню розподілу фаз у протилежних напрямках переноситься однакова кількість компонентів, та нееквімолярний М. Рушійною силою М. є різниця хімічних потенціалів компонентів у робочому та рівноважному стані системи, але у її розрахунках, як правило, визначають ∆y = y* — y, де y* та y — рівноважна і робоча концентрації компонента (у мольних частках) відповідно. У системі пара — рідина одні компоненти переносяться з ядра потоку рідинної фази до поверхні розподілу фаз і потім у ядро потоку газової фази, а інші компоненти — у протилежному напрямку. При цьому перенесення маси в ядрі кожної фази за правилом відбувається у результаті турбулентних пульсацій, а у в’язкому підшарі поблизу межі розподілу — у результаті молекулярної та вимушеної турбулентної дифузії. Перенесення речовини у цих системах через межу розподілу відбувається шляхом випаровування та конденсації або у результаті розчинення газу в рідині. У системах із твердою фазою розрізняють зовнішньодифузійну зону, коли речовина переноситься з ядра газової або рідинної фази до поверхні твердого тіла, і внутрішньодифузійну, яка характеризується перенесенням компонента, який розподіляється всередині пор, та дифузією у твердій фазі. При розрахунках М. зазвичай вважають, що густина дифузійного потоку N, тобто кількість речовини, яка передається через 1 м2 поверхні за 1 с, пропорційна рушійній силі: N = Kог⋅∆y, де Kог — коефіцієнт масопередачі [у кмоль/(м2·с)], віднесений до газової фази і залежний від гідродинамічних умов у системі, коефіцієнта дифузії та інших факторів. При цьому 1/ Kог=1/βг + m/βр, де: βг та βр — коефіцієнти масовіддачі у газовій та рідинній фазах відповідно (у кмоль/(м2·с)); m — константа фазової рівноважності, яка чисельно рівна тангенсу кута нахилу дотичної до кривої рівноважності фаз. При розрахунку процесу за концентраціями компоненту, який розподіляється у рідинній фазі, коефіцієнт масопередачі Kор, визначається з рівняння: Kог = Kор/m. Для розрахунку βг і βр використовують розв’язання диференційних рівнянь, математичних моделей елементарних актів М. у плівках, бульках, краплях, струменях та ін., а також напівемпіричні рівняння, отримані методами теорії подібності, на основі аналогії між процесами перенесення тепла і маси. Внаслідок недостатньої вивченості механізму та кінетики М., особливо у багатокомпонентних системах, розрахунок масообмінних процесів та апаратів у більшості випадків виконують на основі поняття про ККД (тобто ефективність) контактного устаткування. М. — основа для розрахунку процесів дистиляції, ректифікації, абсорбції, екстракції, розчинення та ін.

Александров И.А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. — Л., 1975; Кафаров В.В. Основы массопередачи. — М., 1979.