МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Введение 1
Процессы массообмена n n n Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов является разность химических потенциалов. Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов. 2
Типы процессов массообмена Абсорбция n Перегонка и ректификация n Экстракция (жидкостная) n Адсорбция n Ионный обмен n Сушка n Растворение и экстрагирование из твердых тел n Кристаллизация n Мембранные процессы В технологии упаковочного производства часто встречаются такие массобменные процессы как сушка, растворение, адсорбция, мембранные процессы. n 3
4
Абсорбция n n Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Этот процесс представляет собой переход вещества из газовой (или паровой) фазы в жидкую. Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов. Процесс, обратный абсорбции, т. е. выделение растворенного газа из жидкости, называют десорбцией. 5
Перегонка и ректификация n n n Перегонка и ректификация - разделение жидких гомогенных смесей на компоненты при взаимодействии потоков жидкости и пара, полученного испарением разделяемой смеси. Этот процесс представляет собой переход компонентов из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. Процесс ректификации используется для разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей. 6
Экстракция (жидкостная) n n n Экстракция (жидкостная) - извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из одной жидкой фазы в другую. Процесс применяют для извлечения растворенного вещества или группы веществ сравнительно невысоких концентраций. 7
Адсорбция - избирательное поглощение n газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать одно или несколько веществ из смеси. Этот процесс представляет собой переход веществ из газовой, паровой или жидкой фазы в твердую. Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из их смеси. Процесс, обратный адсорбции, т. е. выделение сорбированного вещества из твердого поглотителя, называют десорбцией. n 8
Ионный обмен n n n Ионный обмен - избирательное извлечение ионов из растворов электролитов. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из жидкой фазы в твердую. Процесс применяют для извлечения веществ из растворов, в которых эти вещества находятся при низких концентрациях. 9
Сушка n n n Сушка -удаление влаги из твердых влажных материалов, в основном путем ее испарения. Этот процесс представляет собой переход влаги из твердого влажного материала в газовую или паровую фазы. Сушку широко применяют в технике для предварительного обезвоживания перерабатываемых веществ или обезвоживания готового продукта. 10
Растворение и экстрагирование из твердых тел n n Растворение и экстрагирование из твердых тел - это процессы перехода твердой фазы в жидкую (растворитель). Извлечение на основе избирательной растворимости какого-либо вещества (или веществ) из твердого пористого материала называют экстракцией из твердого материала, или выщелачиванием. n Применяют ее для извлечения ценных или токсичных компонентов из твердых материалов. 11
Кристаллизация n n n Кристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Этот процесс представляет собой переход вещества из жидкой фазы в твердую. Применяется, в частности, для получения веществ повышенной чистоты. 12
Мембранные процессы n n n Мембранные процессы - избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки - мембраны. Эти процессы представляют собой переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану. Применяются для разделения газовых и жидких смесей, очистки сточных вод и газовых выбросов. 13
Массопередача n Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей. n Массопередача осуществляется, как правило, при непосредственном соприкосновении фаз (за исключением мембранных процессов). При этом граница соприкосновения - т. е. поверхность контакта фаз - может быть: подвижной (система газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость) или неподвижной (газ-твердое тело, пар-твердое тело, жидкость-твердое тело). n n n 14
Массопередача и массоотдача n Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) через границу раздела фаз называют массопередачей. n Перенос вещества внутри фазы - из фазы к границе раздела фаз или наоборот - от границы раздела в фазу - называют массоотдачей (по аналогии с процессом переноса теплоты внутри фазы - теплоотдачей). 15
Молекулярный массоперенос n n В неподвижной среде распределяемое вещество переходит из внутренних слоев данной (первой) фазы к поверхности раздела фаз и, пройдя ее, распределяется по всему объему другой фазы, находящейся в контакте с первой. Такой переход массы вещества из одной фазы в другую называют молекулярной диффузией. n Она является следствием теплового движения молекул (ионов, атомов), которому оказывают сопротивление силы внутреннего трения. 16
Конвективный массоперенос n n Конвективный перенос (конвективная диффузия) характеризуется перемещением (переносом) вещества движущимися частицами потока в условиях турбулентного движения фаз. Конвективный перенос вещества под действием турбулентных пульсаций иногда называют турбулентной диффузией. 17
Основное уравнение массопередачи n ΔC / R = d. M / d. Fdτ где d. M – количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую, d. F – площадь поверхности фазового контакта; dτ – продолжительность процесса; ΔC – движущая сила массообменного процесса; R – сопротивление массопереносу. Обозначив 1/R = К, получим d. M = KΔd. F n n n Основным кинетическим уравнением массообменных процессов является уравнение массопередачи, которое основано на общих кинетических закономерностях физикохимических процессов. Скорость процесса [кг/(м 2 с)] равна движущей силе ΔС, деленной на сопротивление R Здесь величина К характеризует скорость процесса переноса вещества из одной фазы в другую. По аналогии с процессом теплопередачи коэффициент К называют коэффициентом 18 массопередачи.
Физический смысл коэффициента массопередачи Размерность движущей силы может быть различной, а от нее зависит и размерность К Коэффициент массопередачи К показывает, какое количество распределяемого вещества , которое переходит из фазы в фазу в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе, равной единице 19
Интегральная форма уравнения массопередачи n n n Проинтегрировав Основное уравнение массопередачи по времени получим для установившихся процессов основное уравнение массопередачи в интегральной форме: М = k ΔC F Обычно уравнение массопередачи применяют для определения поверхности F контакта фаз, а исходя из этой поверхности — размеров массообменных аппаратов. Уравнение массопередачи в интегральной форме, записанное относительно величины F, примет следующий вид: F = М / k ΔC Величина К является функцией многих переменных, и единого уравнения для определения его значений нет. 20
Классификация массообменных процессов В дальнейшем при анализе массообменных процессов будем исходить из условия состояния границы контакта фаз, что существенно различает механизмы процессов переноса массы. По этому принципу массообменные процессы подразделяют на n массопередачу в системах со свободной границей раздела фаз (газ - жидкость, пар - жидкость, жидкость - жидкость), n массопередачу в системах с неподвижной (фиксированной) поверхностью контакта фаз (системы газ - твердое тело, пар – твердое тело, жидкость - твердое тело) n массопередачу через полупроницаемые 21 перегородки (мембраны).
Скачать презентацию МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Введение 1 Процессы массообмена n
лек 12 Массообмен Введ БАФ.ppt