העברת אמצעי זהירות: מתי וכיצד להשתמש בהם ביעילות

מתאםי העברת המונים הם כלים בסיסיים בהנדסה כימית המאפשרים למהנדסים לחזות ולייעל את התנועה של חומרים בין שלבים שונים בתהליכים תעשייתיים.מערכות יחסים אמפיריים אלה, שפותחו מהנתונים הניסוייים הנרחבים והמסגרות התיאורטיות, לשמש כעמוד השדרה לתכנון ציוד החל עמודות השקיה ועד למגעים מ- membrane.

מה הם Mass Transfer Coefficients?

קוגניציה העברת ההמונים היא קבוע קצב דיפוזיה המתייחס לשיעור העברת ההמונים, אזור העברת המונים ושינוי ריכוז ככוח נהיגה. Mass Transfer Coefficients הם פרמטרים אמפיריים כי לכמת את השיעור שבו חומר נע דרך מדיום. אלה coefficients לספק דרך מעשית לחשב כמה מהר מולקולות העברה משלב אחד למשנהו - בין אם גז נוזלי, מוצק, או בתוך אותו שלב נוזלי.

קבוע היחסיות ידוע כמקדם העברת המונים, אשר כמעט תמיד פונקציה של ההיקף המולקולרי של הסולם.המקדם בעצם ללכוד את כל התופעות הפיזיות המורכבות המתרחשות בממשק בין השלבים ומפחית אותם לפרמטר יחיד, שניתן ליישם מהנדסים בחישובי עיצוב.

סוגים של Mass Transfer Coefficients

מזהמים כלליים לוקחים בחשבון את ההתנגדות להעברה המונית בשלבים שונים, ואת המקדם הכולל של העברת המונים (K) הוא amalgamation של התנגדות אישית. מהנדסים חייבים להבחין בין מספר סוגים של אפקטיביות בהתאם ליישום שלהם:

• (ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה]], [ה], [ה], [ה], [ה],]], [התחילת ה'], או], או [הת ה'[ה'], [ה'], [ה'], [ה']']']']'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']']'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה']']']']']']']']']'[ה']'], [ה'[ה']'], [ה']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[
• (ב) [15] ,"התמ"ל: "הדברים משלבים התנגדות ממספר שלבים לערך יחיד חישובים פשוטים"
• (FLT:0)Volumetric coefficients: The נפחtric-transfer coefficient (kLa) קובע את השיעור שבו מרכיב גזי יכול להעביר בין גז לבין שלבים נוזליים, שבו kL מייצג את שיעור ה diffusion המולקולרי באמצעות ממשק דליק גז, ומייצג את האזור הזמין להעברה המונית לנפח נוזלי לנפח נוזלי.
• (ב) ,0) , קופה מקומית: אלה הם ספציפיים לנקודות מסוימות בתוך הציוד ויכולים להשתנות לאורך גובה או אורך של מנגנון, כגון בעמודה ארוזה.

ההתנגדות הכוללת להעברה המונית היא סכום של שלוש התנגדות אישית; שלב גז, שלב מנברן ונוזל, ואת שלב ההעברה הכולל של שלב נוזלי ניתן לייצג במונחים של שלב נוזלי, קרום ורמות גז העברת coefficients.מודל ההתנגדות תוספת זה מהווה את הבסיס ל חישובים הנדסיים רבים בתהליכי הפרדה.

תפקיד המספרים ללא ממדיים במסה העברה שחיתות

Coefficients העברה המונים מתואמות עבור מגוון רחב של קבוצות ללא ממד, שבו L הוא הממד האורך האופייני של חשיבות, v הוא המהירות הממוצעת המסה, ⁇ הוא צפיפות הנוזל, μ הוא צמיג נוזל, ו DAB הוא מדד diffusion coefficient. אלה מספרים ללא ממד מאפשרים מהנדסים כדי להכללת תוצאות ניסיוניות וליישם אותם על פני קשקשים שונים ותנאים תפעוליים.

שריווד מספר

מספר השרווד (ש) הוא מספר חסר ממד המשמש במבצע להעברה המונית המייצג את היחס של שיעור העברת ההמונים הכולל (convection + diffusion) לשיעור של תחבורה המונית diffusive.The Shawood מספר מייצג את היחס של העברת המונים קומביטיבית להעברה המונית דיפרנציבית.מספר זה משמש כעברה המונית למספר האנלוגי של Nusselt בהעברה.

מספר שריווד מייצג את היחס בין העברת המונים על ידי קונפדרציה והעברה המונית על ידי דיפוזיה, והוא המקבילה להעברה המונית של מספר Nusselt, והוא פונקציה של מספר ריינולדס ו- Schmidt Number.מספר השרווד מופיע בדרך כלל בקורלציה כפונקציה של קבוצות אחרות ללא ממד, ומאפשר למהנדסים לחזות משככי העברה המונית ממוצרי זרימה ומידע על רכוש נוזלי.

מספר ריינולדס

מספר ריינולדס מציין את משטר זרימת הדם, בין אם הוא laminar או turbulent.מספר ריינולדס מאפיין את היחס של כוחות לא רצויים לכוחות מול כוחות בתוך נוזל זרמה. קבוצה זו ללא ממד קריטית היא קריטית כי מנגנוני העברת המונים שונים באופן משמעותי בין משטרי לרה ושטף סוער.בזרימה laminar, דיפוזיה מולקולרית שולטת בממשקים קרובים, בעוד שזרם מסובך משפר את זרימת המסה ומערבבת ולהגדיל את רמות ההיתוך באמצעות רמות הטבוליות.

רוב התקשורות להעברה המונית כוללות את מספר ריינולדס כפרמטר מפתח, בדרך כלל גדל לעוצמה בין 0.5 ל-0, בהתאם למשטר הגיאומטריה והזרימה.המצד משקף כמה מהירות זרימה חזקה משפיעה על העברת המונים במערכת מסוימת.

מספר שמידט

מספר שמידט ס"ק = ⁇ 1-DA-1 מאפיין תכונות דיפוזיה של מדיה זורמת.מספר שמידט מספר לך כיצד שכבת הגבול המהיר משווה לשכבת הגבול של ריכוז, וסקר גבוה (הקוד לנוזלים, לעתים קרובות 100-1000+) פירושו שכבת הגבול של ריכוז היא הרבה יותר דקת מאשר שכבת הגבול המהיר.

עבור גזים, ס"ק הוא בדרך כלל קרוב 1, כלומר שתי השכבות יש עובי דומה.ההבדל היסודי הזה בין גזים ונוזלים משפיע על האופן שבו פיתחו התקשורות ומיישמים.

יחסים בין מספרים ללא ממד

באמצעות ניתוח ממדי, מספר שריווד יכול להיות מוגדר כתפקוד של המספרים ריינולדס ומידט.הצורה הכללית של רוב הקורלציה העברת ההמונים היא כדלקמן התבנית:

ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:2

כאשר A, b, m ו n הם קבועים נחושים באופן אמפירי, אשר תלויים בגאומטריה מסוימת ותנאי זרימה. "a" הקבוע לעתים קרובות מייצג את התרומה של דיפוזיה מולקולרית טהורה (כאשר מהירות זרימה מתקרב אפס), בעוד המונח השני לוכד את השיפור עקב הדבקה.

מספרים אלה ללא ממדיים כל אחד מתאר את היחס של חשיבות שתי תופעות תחבורה, שבו מספר ריינולדס מתאר פיזית את היחס של כוחות אינרטיים לכוחות מולקווס, המספר שמידט מתאר את היחס של דיפונציות המומנטאלית לגוון המוני, ומספר השרווד מתאר את היחס של שיעור העברת המונים לדיפוק.

Theoretical Foundations: Mass Transfer Models

כמה מודלים תיאורטיים בבסיס הפיתוח של קורלציות להעברה המונית.הבנת מודלים אלה מסייעת למהנדסים להעריך את המשמעות הפיזית שמאחורי פרמטרים של קורלציה ולהכיר כאשר יתאם עלול להיכשל.

תיאוריה קולנוע

במודל שני הסרטים, ההנחה היא שכל ההתנגדות להעברה המונית מוגבלת לאזורים המגנים את הממשק שנקרא "סרטים", עם סרט גז בצד הגז וסרט נוזלי בצד הנוזלי. ויטמן הדגיש כמעט ללא תנועה "סרטים" משני הצדדים של הממשק, הכרה כי בכל מקום שבו נוזל וגז מגיע במגע קיים על שכבת הגז.

הריכוז בחלק הגדול של כל שלב הוא אחיד בגלל תופעות שילוב אינטגרטיבי, אבל מאוד ליד ממשק שיעור העברת ההמונים תלוי יותר ויותר על דיפוזיה מולקולרית.מודל פשוט זה, בעוד לא מדויק פיזית בפירוט, מספק מסגרת שימושית עבור ארגון חישובים העברת המונים ומושגים של התנגדות הבנה.

ניסויים המאפשרים לתואם של מספר השרווד עם קבוצות כגון ריינולדס ומספר שמידט לאפשר אחד להפר את הדרך שבה עובי הסרט המפונק הוא להיות מתואמת עם קבוצות אלה.מודל הסרט נשאר בעל ערך כי ניתן להרחיב כדי לחזות העברת המונים במערכות מרוכזות, מערכות מרובות-קודמות, ומערכות תגובה כימית.

« התחדשות ורחבי פני השטח

Higbie נראה היה הראשון להציג תמונה הגיונית של העברת המונים עבור זמני מגע קצרים בין גז לנוזל המוביל התלות שורש מרובע על דיפושות.תיאורית החדירה חלה כאשר אלמנטים נוזל בממשק מוחלפים באופן זמני על ידי נוזל טרי מן הנפח, כפי שקורה כאשר בועות גז עולים דרך מצבים נוזליים או סוערים.

בניגוד לתיאורית הקולנוע, החיזוי של העברת המונים לא יעילה ביחס להיקף הכוח הראשון, תיאוריית חדירה צופה פרופורציה לשורש הריבועי של דיוקנוליות.ההבדל הזה הופך חשוב כאשר בחירת התקשורות המתאימות עבור מערכות עם זמני מגע קצרים או מצבים סוערים מאוד.

המונחים: Mass Transfer Correlation Forms

ערכים ניסיוניים של קוגניציה העברת המונים ניתן לאסוף כתואם ללא ממד, עם אוסף אחד של קורלציות אלה זמינים בספרות שפורסמה. גיאוגרפיה שונה ותצורה זרימה דורש צורות קורלציה שונות, כל אחד מהם מאומת על פני טווחים ספציפיים של תנאי הפעלה.

תגיות: Packed Turtles

התאמות Mass-transfer שפותחו בעשורים האחרונים עבור עמודה ארוזה תעשייתית ומודעות נבדקים, עם בסיס תיאורטי והתאמה של הקורלציה שנסקרה והשוואה בין העמודות ארוזות מייצגות אחת היישומים הנפוצים ביותר להעברת המונים בהנדסת כימיקלים.

הפונקציונליות של גז ומהירות נוזלי על קוגניציה העברת המונים שהושגה באופן ניסיוני הייתה מתואמת באמצעות משוואות מסוג Onda-type שונות.התאם של Onda ושינויים שלהם נשארים בין הנפוצים ביותר עבור עיצוב עמודה ארוז, אם כי מהנדסים חייבים לאמת את הכדאיות שלהם לסוגים מסוימים של אריזה ותנאי הפעלה.

עבור עמודות ארוזות, התאמות בדרך כלל אחראיות:

• חבילות גיאומטריה ואזור פני השטח
• Void שבריר ו- tortuosity
• גז וזרימת נוזל
• תכונות פיזיות של שני השלבים
• תכונות של חומר האריזה

מוטציות עבור מגיבים טנקיים וביולוגיים

סקירה של ספרות על קוטריק העברת המונים מגלה שלוש שיטות נפוצות לחיזוי kLa: התאמות המבוססות על קריטריון של אנרגיה-input הקשור kLa לקלט חשמל ומהירות גז שטחית, התאמות המבוססות על מספרים ללא ממד, ו הקורלציה המבוססת על פיזור גז יחסי.גישות אלה משקפות נקודות מבט שונות על מה שמניע העברה המונית במערכות מתוחות.

בעשורים האחרונים, החוקרים בחנו באופן נרחב את התלות של אספקת החמצן של כור טנק KLa על שני המאפיינים הנוזליים ותנאים הידרודינמיקה השוררים כולל מהירות נוזלית, אחזקת גז, קצב זרימת גז, וקוטר בועות.המורכבות של תבניות זרימה באוניות מעוררות פיתוח מתאם במיוחד, כמו מספר קשקשים ושילוב מנגנונים אינטראקציה.

מוטציות עבור יחיד טיפות וצלחות

שחיתות עבור הפרט העברת מסה רציפה ויעילה המבוססת על נתונים מ 596 מדידות משכפלת את הנתונים עם טעות מוחלטת ממוצעת של 14.1%, ולאחר מכן משמש כדי לקבוע משוואה מנקה עבור הפרט המסה מפוזרת העברה coefficient.one מחקרים ירידה בודדים לספק נתונים יסודיים שניתן להרחיב כדי לחלץ עמודה.

על ידי מתן השפעות של קלט חשמל לכל מסה יחידה ו-Furder-phase תחזוקהup, את הקורלציה עבור טיפות בודדות ניתן להרחיב כדי לחלץ עמודות. גישה זו בקנה מידה דורש תשומת לב זההההה כיצד התנהגות ירידה משתנה בנוכחות טיפות אחרות בתנאים זרימה שונה.

תגיות Membrane Contactors

להעברת המונים על פני מגע גז נוזלי, קיים כוחות נהיגה בשלב הגז, מטענים קרום גז ובשלב הנוזל, וההתנגדות הכוללת להעברה המונית היא סכום של שלוש התנגדות אישית.מערכות Membrane מוסיפים מורכבות כי העברה המונית חייבת לקחת בחשבון תחבורה דרך חומר קרום עצמו, לא רק את השלבים הנוזליים.

מגעים עם מנברן חייב לשקול גורמים כגון גודל קרום, פורוזיות, טורטואוזיות, ומאפיינים רטובים.הבחירה בין נקבוביות מלאות גז משפיעה באופן דרמטי על ההתנגדות הדומיננטית ולכן הצורה המתאימה לתואם.

מתי להשתמש בשחיתות העברה המונית

בחירת הקורלציה הנכונה וידע כאשר היא חלה דורש שיקול זהיר של מאפייני מערכת ותנאי הפעלה. Misapplication of תואמים מייצג אחד המקורות הנפוצים ביותר של שגיאה בעיצוב תהליכים.

התאמת תנאי מערכת לשחיתות

כמה התאמות אמפיריות זמינות כדי להעריך את אזור העברת המסה הנפח יעיל ואפקטי בין-גזעי עבור כורים בעמודות בועות, אבל מתאם אמפירי זה חל על פני טווח התנאים הניסוייים.כל מתאם יש מגבלות המוגדרות על ידי הנתונים הניסוייים המשמשים לפיתוח זה.

את האפקטיביות הכוללת צריך להיות מועסקים רק בתנאים דומים לאלה שביניהם הם נמדדים ולא צריך להיות מועסקים עבור טווחי ריכוז אחרים אלא אם מערכת שיווי משקל של המערכת היא ליניארית על פני מגוון רחב של עניין. הגבלה זו חשובה במיוחד עבור מערכות עם מערכות יחסים לא לינאריות או תכונות פיזיות עצמאיות ריכוז.

כאשר ניתן, יש לשקול את הסימנים לשדות של תוקף מבחינת מספר ריינולדס ומידט, ותשומת הלב חייבת להיות משולם לכמויות המופיעות במספרים אלה ולשדות של תוקף היחסים המוצעים בספרות.

Steady-state vs. Transient Operations

רוב התקשורות להעברה המונית מניחות ניתוח יציב של מצב שבו שיעורי זרימה, ריכוזים ונכסים פיזיים נשארים קבועים לאורך זמן. מתאםים אלה פועלים היטב לתהליכים מתמשכים הפועלים בתנאים יציבים, כגון:

• עמודות ריצוף
• מגדלי ספיגת גז הפועלים בתנאי מזון קבועים
• תהליכי החילוץ של המדינה
• מערכות הפרדה עם האכלה קבועה

עבור פעילות אצווה או חצי-בטן, הקורלציה עדיין יכולה ליישם אם נעשה שימוש בזמן המתאים - או אם המערכת מגיעה לתנאי מצב מצב מצב-מצב יציבים-מצביים במהלך המבצע.

המונחים: Flow

משטר הזרימה משפיע באופן יסודי על מנגנוני העברת המונים ולכן על התאמת האפליקציות.מהנדסים חייבים לזהות האם המערכת שלהם פועלת:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מתאם שפותח לזרימת laminar לא יחול אם המערכת בקנה מידה תעשייתי פועלת במשטר הסוער.שימוש בקורלציה מחוץ למשטר הזרימה המיועד שלה עלול להוביל לשגיאות של 50% או יותר בתקני העברה המוניים שנצפו.

השפעות רכוש

שחיתות מניחה באופן בלתי נמנע טווחים מסוימים של תכונות פיזיות באמצעות המספרים הממדיקים שהם משתמשים בהם.מערכות עם תכונות חריגות דורשות תשומת לב מיוחדת:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) מערכות המכילות חומרים המכילים LT:1; contaminants Interfacial נוטים להפחית את התקני העברת ההמונים על ידי גרימת טיפות להיות stagnant ולא להפיץ, בעוד אפקט Marangoni שבו וריאציות מקומיות במתח בין-גזעי יכול ליצור תנועות מהירות בממשק.
• (ב) ⁇ 0 מערכות ליד נקודות קריטיות: תכונות פיזיות משתנות במהירות עם וריאציות קטנות בטמפרטורה או בלחץ
• פתרונות אלקטרוניקה:0 (Electrolyterated SolutionsFLT:1): אינטראקציות איטוניות משפיעות על דיוקפוריות והתנהגות בין-גזעית

השפעות תגובה כימיות

גורם השיפור של הפחתת המסה נוזלית-phase כי התגובה הכימית חייב להיחשב.כאשר תגובות כימיות להתרחש בו זמנית עם העברה המונית, שיעור העברת ההמונים האפקטיבי יכול להגדיל באופן דרמטי. כאשר תגובות כימיות מתרחשות בתהליך החילוץ, מקדם העברת ההמונים יעיל עשוי להיות גבוה יותר או נמוך יותר מאשר צפוי משיקולים פיזיים טהורים, כמו תגובה בין-גזעית איטית נוטה להפחית את שיעור ההעברה ההמוני בעוד תגובה מהירה בלתי הפיכות יכול לשפר אותו.

עבור מערכות תגובתיות, מהנדסים חייבים להשתמש בקורלציה שפותחה במיוחד עבור העברת המונים תגובתית או ליישם גורמים לשיפור של קו-אנזימים העברת המונים פיזיים.מספר האטאטה, אשר משווה את קצב התגובה לשיעור דיפוזיה, עוזר לקבוע מתי תופעות התגובה הופכות משמעותיות.

כיצד ליישם את העברת המס שחיתות ביעילות

יישום נכון של קורלציות העברת המונים דורש מתודולוגיה שיטתית ותשומת לב לפרטים.לאחר הליכים מבוססים מצמצם שגיאות ומבטיח תוצאות אמינות.

שלב 1: Define the System ו-זיהוי פרדוקסים מרכזיים

התחל על ידי הגדרת מערכת העברת ההמונים:

• לזהות את השלבים המעורבים (גז-ליקוויד, נוזלי-לידוק, גז-סוליד וכו ')
• לקבוע את הגיאומטריה (עמודה ארוזה, צינורות, טנק, קרום, וכו ')
• תנאי הפעלה קבועים (temperature, לחץ, שערי זרימה)
• לזהות את מינים העברה ואת הכיוון של העברה
• לקבוע אם התגובות מתרחשות

איסוף כל הנתונים הדרושים לנכסים פיזיים כולל דחיות, סטיות, מזהמים, מתחים בין-גזעיים.וודא שנכסים מוערכים בטמפרטורה הנכונה ובלחץ עבור המערכת שלך.

שלב 2: חישוב מספרים ללא ממד

חישוב הקבוצות חסרות הממד הרלוונטיים למערכת שלך.לתשומת לב זהירה:

• (FLT:0) אורך צ'רקטיריסטי אורך 1: השתמש בסולם אורך המתאים (מטר חלקיקים, קו צינור, גובה עמודה וכו ')
• (ב) ⁇ :0) הגדרת ויקרא: אם להשתמש במהירות שטחית, מהירות בין-תחומית, או הגדרה מהירה אחרת
• (FLT:0) הערכה מקצועית FLT:1: השתמש בתכונות בטמפרטורת ההתייחסות המתאימה (bulk, Film, or Interface)
• (ב) ,0) יחידות קבועות (FLT:1): ודאו שכל הכמויות משתמשות במערכות יחידות עקביות

מספרים ללא ממדיים מוגדרים אחרת על ידי סופרים, ותשומת לב מיוחדת צריכה להיות משולם כדי להימנע משגיאה חמורה.תמיד לאמת כיצד מתאם מגדיר את המספרים הממדים שלו לפני החלת אותו.

שלב 3: בחירת נספחים

בחרו התאמות המבוססות על:

• (ב) ,0) תואמים את ה-FLT:1: התאמות נבחרות שפותחו עבור סוג הציוד הספציפי שלך
• (ב) ,0) ,Rande תוקף FLT:1: בדוק את המספרים של ריינולדס ומידט שלך נופלים בטווח המאומת של הקורלציה
• (הופנה מהדף ⁇ התפתחויות גדולות: 1) חלק מהתאם הדומיננטית והפרמטרים שלהם, כמו גם כמה שיקולים לשיפור נוסף, הוסו ונדון בספרות האחרונה.
• (FLT:0) Data QualityigrLT:1: התאמות מוקדמות המבוססות על נתונים ניסיוניים נרחבים ואיכותיים
• (ב) ויקרא י"ד: "וְהִדָּעָשָׂה הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא

מגוון של קורלציות למספר השרווד להעברת המונים להצלחות, תחומים וציילינדרים, העברה המונית בזרימה דרך צינורות ועמודות מקירות רטובות, העברה המונית במיטות ארוזות ומנוקות, והעברה המונית בטנקים זמינים, והמהנדסים מעודדים לחפש דרך ספרות שפורסמה כדי ללמוד על קורלציות אלה לשימוש בעיצוב ציוד תחבורה המוני.

שלב 4: חישוב מסה העברה Coefficients

החל את הקורלציה שנבחרה לחשב את מספר השרווד, ולאחר מכן לחשב את מקדם העברת ההמונים.

• מספר שריווד מתייחס ל-Mass transfer Coefficient: Sh= kL / D
• (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• מקדם העברת המונים קשורים אך יש ערכים שונים, ויש לטפל בהם כאשר הקורלציה משמשת כי מקדם העברת ההמונים הנכון הוא תואמים.

עבור מערכות עם שלבים מרובים, לחשב את האפקטיביות של שלב בודדים לשלב אותם כראוי כדי להשיג את האפקטיביות הכוללת.מכיוון ההתנגדות העיקרית להעברה המונית נמצאת בשלב אחד, מערכת כזו נשלטת על ידי שלב זה.זיהוי ההתנגדות השולטת מסייע להתמקד מאמצי עיצוב על השיפורים המשפיעים ביותר.

שלב 5: אימות ובדיקה של תוצאות

לעולם אל תסכים באופן עיוור לתחזיות קורלטיביות ללא אימות:

• (FLT:0 ,Sanity ChecksFLT:1): לבדוק תוצאות הן סבירות מבחינה גופנית (אפקטים חיוביים, גודל מתאים)
• (FLT:0Sרגישות ניתוח FLT:1): לבדוק כיצד התוצאות משתנות עם וריאציות פרמטרים קלט
• (FLT:0)Comparison with similar systemFLT:1: השוואת תחזיות עם נתונים שפורסמו עבור מערכות אנלוגיות
• (ב) ,0) אישורים של קונסולת 1: מתי שניתן, לאמת תחזיות עם פיילוט בקנה מידה או מדידות בקנה מידה מלא
• (ב) ויקרא י"א: "ה': "ה', ו'"ו': "ה', ויקרא מספר ניגודים והשוואה בין תוצאות לבחינת אי-ודאות"

ניתחו התאמות שונות שהוצגו בספרות העבר, עם ניסיונות שנעשו למסך תואמים זמינים כדי לבחור את אלה שניתן ליישם עם רמה גדולה של ביטחון, בדיקות התאמות נגד קבוצות גדולות של נתונים ניסיוניים שנאספו מחוקרים שונים.

שלב 6: החל את גורמי הבטיחות והעיצוב מרג'ינס

מוטציות מספקות הערכות, לא תחזיות מדויקות.שילוב גורמי בטיחות מתאימים:

• לתכנון ראשוני: השתמש בדעות שמרניות ובגורמי בטיחות גדולים יותר (20-50%)
• עבור עיצוב מפורט: צמצום גורמי בטיחות בהתבסס על נתוני אימות (10-20%)
• עבור קנה מידה: החל שוליות נוספים כדי להסביר תופעות תלויות בקנה מידה
• עבור יישומים קריטיים: שקול בדיקות טייס כדי להפחית את אי הוודאות

נושאים מתקדמים ב-Mass Transfer Correlations

אנליסטים של העברת חום ומיסה

מכיוון שהעברות חום דומות מבחינה מתמטית להעברה המונית, רבים טוענים כי ניתן למצוא קורלציות על ידי התאמת תוצאות מספרות העברת חום, אם כי קו-יעילות העברת המונים בדרך כלל חלות על פני ממשקים נוזליים-שפעתיים, בעוד ששימושי העברת חום מתארים בדרך כלל תחבורה מחוזק לנוזל, מה שהופך את האנלוגיה פחות יעילה ממה שהיא עשויה להיראות.

האנלוגיה צ'ילטון-קולבורן עשויה לשמש כדי להסיק משוואות חסרות, והיא בתוקף לחלוטין לזרימה סוערת, אך היא בדרך כלל מוחלת על זרימה דרך עמודות ארוזות, מונוליטיות, או קצף מוצק. האנלוגיה צ'ילטון-קולבורן היא אחד הכלים המעשיים ביותר המאפשרים לך להעריך קוגני העברה המונית מנתוני העברה חום כאשר שני התהליכים מתרחשים תחת זרימה דומה, כמו תנאי אנלוגיה הם נפגשות.

מקבילות אלה הן אנלוגיות העברת ההמונים להעברת חום של מספר Nusselt במונחים של ריינולדס ו Prandtl, וקורל העברת חום יכול לשמש מתאם העברת המונים על ידי החלפת מספר Prandtl עם המספר שמידט ומספר Nusselt עם מספר השרווד. אנלוגיה זו מוכיחה בעיקר כאשר נתונים העברה המונית הוא בקושי מוגבל אך העברת נתונים גיאוגרפיים זמין עבור דומים.

Machine Learning מתקרב לפיתוח השחיתות

על ידי בהתחשב בטווח הרחב של פרמטרים במסד נתונים, שיטות למידה מונעות על ידי מחשב ניתן להשתמש כדי לקשור פרמטרים עיצוב, ומתודולוגיה מבוססת מכונה כללית ללמידה מבוססת מכונה מוצג כדי לחשב את אזור העברת ההמונים נפח מורכב אזור בין-גזע יעיל עם פרמטרים עצמאיים.

שיטות למידה מכונה כגון תמיכה וסגירה, יער אקראי, עצים נוספים, רשתות עצביות מלאכותיות שימשו עם קבוצות נרחבות של נקודות נתונים ניסיוניות מופקות בספרות.ניתוח סטטיסטי מראה כי היכולת החיזוי של שיטות למידת מכונה טובה יותר מאשר של שיטות רגרסציה מסורתיות.

בעוד גישות למידת מכונה להראות הבטחה, הם דורשים נתונים גדולים עבור הכשרה, והם עשויים לא להחרים היטב מעבר לטווח האימונים שלהם.

המונחים: Scale-Up Considerations

סקרים ממעבדה ועד ציוד תעשייתי מסתמכים על שמירה על אותן קבוצות ללא ממד על ידי פיתוח מתאם מספר שריווד מניסויים בקנה מידה מעבדה, חישוב המספרים הנדרשים של ריינולדס ומידט בקנה מידה תעשייתי, ושימוש בקורלציה כדי לחזות מספר שרווד בקנה מידה תעשייתי.

התחזוקה העיקרית היא שהקוראציה תקפה רק בטווח של ריינולדס ומספרי שמידט שעליהם היא התפתחה, והנחה הרבה מעבר לטווח הזה היא מסוכנת.

• שמירה על דמיון גיאומטרי כאשר אפשר
• התאמת מספרים ללא ממד בין קשקשים
• הכרה כאשר דמיון מוחלט הוא בלתי אפשרי (למשל, התאמתם של ריינולדס ומספרי פרוד בו זמנית)
• הבנה של אילו קבוצות חסרות מימד שולטות בהתנהגות המערכת
• חשבונאות עבור תופעות תלויות בקנה מידה (אפקטים על בסיס, אפקטים כניסה וכו ')

דוגמאות לתעשייה ויישומים משותפים

גז חסר אונים ופסוח

תהליכי ספיגה גז להסיר רכיבים מזרמי גז על ידי מגע איתם עם סולידי נוזל.יישומים נפוצים כוללים CO2 לכידת, הסרת גז חומצי, ו VOC התאוששות. העברת מתאםים לסייע למהנדסים עיצוב מגדלי ספיגת על ידי חיזוי גובה עמודה נדרש, סוג אריזה ורמת זרימה נוזלית.

בתהליכי ספיגה נוזלית גז, ההתנגדות להעברה המונית קיימת הן בצד הגז והן בצד הנוזל, ועל ידי הערכת מספר השרווד לכל שלב, ניתן לקבוע אילו צד שולט בקצב הכולל.

דיקיציה

הזיקוק מפריד תערובת נוזליות בהתבסס על הבדלים תנודתיים.בעוד שמודלים של שלב שיווי משקל שולטים בעיצוב דינקיה, מודלים המבוססים על קצב באמצעות קורלציות העברת המונים מספקים תחזיות מדויקות יותר, במיוחד עבור מערכות עם:

• המונחים: high colsity
• טווחי רתיחה רחבים
• תגובות כימיות
• איזון לא אידיאלי
• אריזות

מתאםי העברת המונים מאפשרים למהנדסים לחזות את יעילות המגש או האריזה ולייעל את הפנימיות של עמודה לביצועי הפרדה מקסימלית.

מיצוי נוזלי-Liquid

תהליכי החילוץ מעבירים סולמות בין שלבים נוזליים בלתי אפשריים. יישומים נעים מטיהור תרופות להחלמה לתפקוד פטרוכימי.העברה המונית מסייעת בתכנון עמודות החילוץ, מערבל-סרב, ומגעים צנטריפוגיים.

התנהגות טיפות משפיעה באופן משמעותי על ביצוע החילוץ.שחיתות חייב להסביר אם טיפות לזרום בפנים או להישאר סטגנטינט, איך גודל הירידה משתנה עם תנאי הפעלה, וכיצד פחם ופירוק משפיעים על אזור בין-גזעי.

תהליכי הפרדה מנברנים

תהליכי Membrane כולל הפרדה גז, הגשמה, ומגעים membrane להתחרות יותר ויותר עם שיטות הפרדה מסורתיות. Mass transfer התאמות עבור מערכות membrane חייב לקחת בחשבון תחבורה דרך המחברה עצמה, כמו גם שכבות גבול בשני הצדדים.

ריכוז הקיטוב, שבו מצטברים solute ליד פני השטח membrane, מפחית כוח המניע ומגבלות ביצועים. Correlations עוזר לחזות את היקף הקיטוב ועיצוב מדריך של תבניות זרימה כדי למזער אותו.

Bioreactors and Fermentation

העברת חמצן מבועות גז למיקרואורגניזמים לעתים קרובות מגבילה את הפרודוקטיביות הביולוגית.ב בעשורים האחרונים, מחקר מקיף על העברת חמצן ביולוגיים והתלות שלה בפרמטרים פיזיוכימיים שונים ותהליך הפיק נתונים ניסיוניים רבים ומגוון של קורלציות תיאורטיות.

עיצוב ביולוגי דורש מתאםים כי חשבון התנהגות נוזלית לא ניוטונית, קריקטורה מורכבת של השעיה תאים, ואת ההשפעות של סוכני אנטיפואם ותוספים אחרים על תכונות בין-גזעיות. Scale-up ממעבדה ועד להיקף הייצור מציג אתגרים מסוימים עקב שילוב דפוסים ושיעורי העברת חמצן.

יישומים סביבתיים

מוטציות המאפשרות נחישות של סרט גז וסרט נוזלי להעביר מזהמים לחומרים אריזה המשמשים ביו-filters ופילטרים ביו-טריקים עבור בקרת זיהום אוויר פותחו לחומרים כולל lava רוק, קצף פוליאוריטאן, פאל טבעות, ⁇ קרמיקה חרוזים, ותערובת שונות של קומפוסט-וודס.

יישומים סביבתיים לעתים קרובות כרוכים ריכוזים צלולים, פעילות ביולוגית, ורכבי מזון משתנים.שחיתות חייב להיות חזק מספיק כדי להתמודד עם הבדלים אלה תוך מתן תחזיות אמינות עבור תאימות רגולטורית אופטימיזציה תהליכים.

פתרון בעיות ומלכודות נפוצות

שגיאות חד-צדדיות

שגיאות יחידה מייצגות את הטעות הנפוצה ביותר ביישום התאמות.מקורות שונים עשויים להשתמש במערכות יחידות שונות (SI, CGS, אנגלית), ומספרים ללא ממד דורשים יחידות עקביות למרות שהתוצאה הסופית היא ללא ממד: תמיד לאמת:

• יחידות אורך (m, ס"מ, ft) עקביות לאורך כל החישובים
• יחידות המונים לעומת ⁇ תואמים את ההגדרה המתאם
• יחידות לחץ (Pa, Atm, psi) מתאימות
• טמפרטורות (K, °C, °F) נכונות

הערכת טמפרטורה

תכונות פיזיות משתנות עם טמפרטורה, ושימוש בתכונות בטמפרטורה הלא נכונה מציג שגיאות. חלק מהתאם מציין הערכה של תכונות בתנאים גדולים, אחרים בטמפרטורת הסרט (ממוצע של רובה וממשק), ועדיין אחרים בתנאי ממשק.

בחירת אורך האופיוניסטי

קורלציות שונות מגדירות אורך אופייני שונה.עבור מיטות ארוזות, כמה קוטר חלקיקים משתמשים בעוד אחרים משתמשים בקוטר שווה ערך או קוטר הידראולי.עבור צינורות, כמה קוטר שימוש בעוד אחרים משתמשים אורך.

המונחים: Beyond בתוקף Range

שחיתות היא התאמה אמפירית לנתונים ניסיוניים, וייתכן שלא תפרוש באופן אמין.

• מספר ריינולדס נופל מחוץ לטווח המאומת
• מספר שמידט שונה באופן משמעותי ממסד הנתונים של הקורלציה
• תכונות פיזיקליות (במיוחד סטיות) שונות מאוד מערכים טיפוסיים
• גיאומטריה שונה מהבסיס של הקורלציה

השפעות על מערכת-Specific

התאמות סטנדרטיות מניחות תנאים אידיאליים.מערכות אמיתיות עשויות להיות:

• תוצאות כניסה ויציאה שמשנות את שיעורי העברת ההמונים המקומיים
• השפעות קירות בציוד קטן
• הפצת מים בטורות ארוזות
• שינוי זה מפחית את האזור היעיל או מגביר את ההתנגדות
• ריכוז לא חד-משמעי או פרופילי טמפרטורה

מהנדסים חייבים לזהות כאשר השפעות אלה הופכות משמעותיות וליישם תיקונים מתאימים או להשתמש במודלים מתוחכמים יותר.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

פיתוח העברת המונים ממשיך להתפתח עם טכניקות ניסיוניות חדשות, שיטות חישוביות ויישומים. מגמות מספריות מעצבות את השדה:

שילוב Fluid Dynamics

סימולציות CFD הופכות יותר ויותר לפיתוח קורלציה ניסיוני.דמיות נאמנות גבוהה יכולות לחקור טווחי פרמטר שקשה לגשת לניסויים ולספק תובנות מפורטות למנגנוני העברת ההמונים המקומיים.

מערכות מיקרו-השפעה ומערכת מוגברת

תהליך העצמת באמצעות מיקרו-השפעהידיקים, מסתובב מיטות ארוזות, ומגעים חדשים אחרים דורשים קורלציות חדשות.מערכות אלה פועלות לעתים קרובות במגוון פרמטרים לא מכוסה על ידי קורלציות מסורתיות ומציגות תופעות ייחודיות כמו זרימה של מתח משטח או אזורים בין-גזעיים גבוהים מאוד.

מערכות מרובות-הדגשות וה Multicomponent Systems

תהליכים תעשייתיים יותר ויותר מעורבים תערובת מורכבות ושלבים מרובים.פיתוח התקשורות שחיזוי מדויק של העברת המונים במערכות תלת-אפות, עם מספר רב של רכיבים ואינטראקציות בין מינים, נשאר אזור מחקר פעיל.

גישה אוטומטית ו-Data-Driven

שילוב מודלים המבוססים על פיזיקה עם למידת מכונה מציע הבטחה לפיתוח קורלציות מדויקות יותר, רחבות יותר, גישות היברידיות אלה יכולות ללכוד תופעות מורכבות תוך שמירה על הפרשות פיזיות ויכולות ההדבקה.

המונחים:

יישום מוצלח של מתאםי העברת המונים דורש מתודולוגיה שיטתית ותשומת לב זהירה לפרטים.מהנדסים צריכים:

• באופן כללי, תאפיין את המערכת כולל שלבים, גיאומטריה, תנאי הפעלה ונכסים פיזיים
• חישוב כל המספרים הרלוונטיים ללא ממד באמצעות יחידות עקביות והגדרות מתאימות
• התאמות נבחרות שמתאימות לגיאוגרפיה של המערכת ונפילה בטווחי פרמטרים מאומתים
• בדוק את משטר זרימה, תכונות פיזיות, ותנאים אחרים מתאימים הנחות קורלציה
• החל את הקורלציה בזהירות, לשים לב להגדרות יעילות ואורךים אופייניים
• תחזיות אימות באמצעות השוואות עם מערכות דומות, ניתוח רגישות ונתונים ניסיוניים בעת האפשר
• שילוב גורמי בטיחות מתאימים המבוססים על אי ודאות וביקורתיות יישומים
• מסמך כל הנחות, מקורות נתונים ותהליכי חישוב עבור התייחסות עתידית

עבור משאבים נוספים על העברת יסודות ויישומים מתקדמים, מהנדסים יכולים להתייעץ עם הפניות מקיפים כגון:0AIChE של משאבים טכניים של העברת כספים 1, ספרי לימוד מיוחדים על פעולות העברת המונים, ומגזינים עמיתים מפרסום ההתפתחויות המתאם האחרונות.

הבנה הן היסודות התיאורטיים והן המגבלות המעשיות של קורלציה של העברת המונים מאפשרת למהנדסים לעצב תהליכי הפרדה יעילים, אמינים ותגובה. בעוד הקורלציה מספקת כלים חזקים לתכנון תהליכים, הם פועלים בצורה הטובה ביותר כאשר הם חלים על שיפוט הנדסי, מאומתים נגד נתונים ניסיוניים, ומוסמכים עם שולי בטיחות מתאימים.כשיטות חישוביות וטכניקות ניסיוניות ממשיכות לקדם, הדיוק וההתאמה של העברת המונים יתרחבו, אך העקרונות הבסיסיים של ניתוח אמפירימי נותרים ותרגול כימי יישארו מרכזי.

עבור אלה המבקשים להעמיק את ההבנה שלהם, לחקור את הספרות המקורית מאחורי התקשורים העיקריים מספק תובנה חשובה לפיתוח שלהם, הנחות ומגבלות. משאבים כמו FLT:0 Thermopediaph 1 מציע הסברים מפורטים של מושגים בסיסיים, בעוד כנסים מיוחדים וסדנאות לספק הזדמנויות ללמוד על ההתפתחויות האחרונות ישירות מחוקרים לקדם את השדה.