Modelowanie matematyczne wieloskładnikowego ruchu masy i ciepła w kolumnach półkowych

Sformułowano model matematyczny jednoczesnego wieloskładnikowego ruchu masy i ciepła w kolumnie półkowej.Do opisu kinetyki wnikania masy i ciepła w obu fazach oparto się na teorii filmu.Strumienie masy obliczano na podstawie ścisłego rozwiązania równań dyfuzji Maxwella-Stefana, a strumienie ciepła - z uwzględnieniem poprawki Ackermanna.Przyjęto krzyżowy przepływ faz przez pojedynczą półkę kolumny. Równania bilansowe (masy i ciepła) wyprowadzono przy założeniu tłokowego modelu przepływu fazy gazowej i tłokowego modelu przepływu fazy ciekłej. Model taki umożliwia ocenę znaczenia efektów wieloskładnikowego ruchu masy i efektów jednoczesnego ruchu masy i ciepła w procesach rektyfikacji, kondensacji czy absorpcji z dużym efektem cieplnym.Przedstawiono wyniki obliczeń adiabatycznej absorpcji amoniaku z powietrza w wodzie w kolumnie półkowej o półkach sitowych z przelewami. Uzyskane rezultaty porównano z wynikami otrzymanymi na podstawie modeli literaturowych (półki teoretycznej, idealnego wymieszania fazy gazowej i ciekłej, tłokowego przepływu fazy gazowej i idealnego wymieszania fazy ciekłej)

---

A mathematical model of simultaneous multicomponent mass and heat transfer in a plate column has been formulated. The film theory was used to describe mass and heat transfer kinetics in both phases. Molar fluxes were calculated on the basis of an exact solution of the Maxwell-Stefan diffusion equations, and heat fluxes - using Ackermann correction factors. A cross flow of phases through a single plate was assumed. Mass and heat balance equations were derived assuming a plug flow model of gas phase and a plug flow model of liquid phase. The proposed model enables an assessment of the effects of multicomponent mass transfer and simultaneous mass and heat transfer for distillation, condensation and absorption with a large heat effect. Results of calculation of adiabatic ammonia absorption from air to water in a sieve plate column with downcomers were presented. Results were compared with obtained from other models described in the literature (theoretical plate, ideal mixing of gas and liquid phases, plug flow of gas phase and ideal mixing of liquid phase.)