Convertor flux masă-densitate

Fluxul de masă Densitatea în ingineria transferului de masă

Densitatea fluxului de masă este masa unei substanțe transferate pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp. Unitatea SI este kilogram pe metru pătrat pe secundă, kg/(m²-s). Este analogul transferului de masă al densității fluxului de căldură: la fel cum W/m² descrie cât de repede trece căldura printr-o suprafață, kg/(m²-s) descrie cât de repede trece masa. Densitatea fluxului de masă guvernează filtrarea cu membrană, procesele de uscare, evaporarea, coloanele de absorbție și reactoarele electrochimice.

Inginerii din SUA utilizează de obicei lb/(ft²-hr) pentru calculele privind transferul de masă în industrie; inginerii de proces din Europa și Regatul Unit utilizează kg/(m²-s) sau kg/(m²-hr). Conversia exactă între aceste unități este esențială pentru compararea datelor de performanță ale producătorilor de membrane, verificarea încrucișată a curbelor de uscare din diferite surse sau armonizarea modelelor de simulare a proceselor de la inginerii contractanți din SUA și Europa.

Filtrarea prin membrană: Flux de permeat

În procesele de separare cu membrană - osmoză inversă (RO), ultrafiltrare (UF), nanofiltrare (NF) și microfiltrare (MF) - performanța membranei este caracterizată de fluxul permeatului, exprimat de obicei în L/(m²-ora) (LMH) pentru aplicațiile de tratare a apei sau kg/(m²-s) pentru transferul general de masă. O membrană RO de apă de mare cu un flux de 20 LMH (litri pe metru pătrat pe oră) corespunde unui flux de masă de 20/3600 = 0,00556 kg/(m²-s) = 0,00556 g/(cm²-s).

Companiile de apă din Regatul Unit (Thames Water, Anglian Water) și companiile de utilități din SUA (instalații conforme cu AWWA) raportează ambele fluxul membranei în LMH, dar datele tehnice ale producătorilor de membrane - în special ale firmelor din SUA - exprimă fluxul și în galoane pe picior pătrat pe zi (GFD). 1 GFD = 1,699 LMH. Conversia între LMH, GFD și kg/(m²-s) este o operațiune de rutină pentru inginerii de procesare a membranelor.

Uscarea și evaporarea

Uscătoarele industriale - uscătoare prin pulverizare, uscătoare cu tambur, uscătoare cu pat fluid, uscătoare cu tavă - sunt dimensionate în funcție de rata de evaporare, exprimată în kg de apă evaporată pe metru pătrat de suprafață de transfer termic pe oră sau, în unități americane, în lb/(ft²-hr). Un uscător prin pulverizare care prelucrează 5 000 kg/h de furaje cu un conținut de umiditate de 70% și 5% umiditate a produsului trebuie să evapore 65/(100-5) × 5 000 = 3 421 kg/h de apă. Împărțind la suprafața efectivă de evaporare a uscătorului se obține densitatea fluxului masic.

Atmospheric evaporation and crop evapotranspiration are also expressed in mass flux density units. The FAO Penman-Monteith method for reference evapotranspiration outputs in mm/day, which converts directly to kg/(m²·day) (since 1 mm depth of water = 1 kg/m²). US agricultural water use data is often expressed in acre-inches/acre/day, requiring careful unit conversion for international comparison.

Aplicații ale reactoarelor electrochimice și chimice

In electrochemical reactors (electrolysers, fuel cells, electrodialysis units), ionic mass flux density at the membrane determines current density limits and product recovery rates. A chlor-alkali membrane electrolyser with a chloride ion flux of 1×10⁻³ mol/(m²·s) corresponds to a mass flux of 1×10⁻³ × 35.45 g/mol = 3.545×10⁻² g/(m²·s). Converting this to lb/(ft²·hr) for comparison with US electrochemical engineering data requires care with both unit systems.

În coloanele de absorbție compacte (utilizate pentru spălarea gazelor în instalațiile petrochimice și centralele electrice), coeficientul de transfer de masă K_y este exprimat în kmol/(m²-s-(mol/mol)) în unități SI sau lbmol/(ft²-hr-(mol/mol)) în unități SUA. Factorul de conversie este 1 kmol/(m²-s) = 204,6 lbmol/(ft²-hr). Operatorii centralelor electrice din Regatul Unit care gestionează epuratoare de SO₂ și NOₓ utilizează unități SI; operatorii din SUA utilizează unități bazate pe lbmol în orientările tehnice EPRI și EPA.