37

Массообменные процессы 2

Фазовое равновесие 3

Закон Генри 3

Основное уравнение массопередачи 5

Материальный баланс массообменных процессов 6

Движущая сила массообменного процесса. 8

Средняя интегральная разность концентраций. 8

Среднелогарифмическая разность концентраций 9

Число единиц переноса 10

Ступени изменения концентрации 11

Кинетика диффузионных процессов. 13

Массообмен между двумя фазами 15

Выражение коэффициента массопередачи через коэффициенты массоотдачи 16

Подобие диффузионных процессов 17

Абсорбция 18

Равновесие при абсорбции 19

Материальный баланс абсорбции. 19

Движущая сила процесса абсорбции 20

Массопередача при абсорбции 20

Дистилляция и ректификация 21

Фазовое равновесие бинарных смесей 21

Простая перегонка. Материальный баланс простой перегонки 23

Ректификация 24

Схема непрерывно действующей ректификационной установки 24

Материальный баланс ректификационной колонны 25

Уравнения рабочих линий 26

Изображение процесса ректификации на диаграмме y – x 27

Расчёт минимального флегмового числа 27

Расчет действительного числа флегмы 28

Зависимость между числом флегмы, размерами колонны и расходом теплоносителя 29

Тепловой баланс ректификационной колонны 29

Ректификация многокомпонентных смесей 30

Азеотропная и экстрактивная ректификация 30

Устройство ректификационных установок 31

Экстракция 32

Равновесие в тройных системах. 3-х угольная диаграмма Гиббса 32

Изображение процесса экстракции на 3-х угольной диаграмме 34

Методы экстрагирования 35

Одноступенчатая периодическая экстракция 36

Многоступенчатая прямоточная экстракция 38

Массопередача в системах с твердой фазой 39

Кинетика массопроводности 39

Схема перемещения вещества внутри тел. 40

Сушка. Общие сведения 40

Формы связи влаги с материалом 41

Равновесие между материалом и жидкостью, находящейся во влажном материале 41

Физические свойства влажного воздуха 42

Материальный баланс сушки. 42

Основная схема конвективной сушки 43

Тепловой баланс процесса конвективной сушки. 43

Кинетика сушки 45

Интенсивность испарения влаги 46

Адсорбция 47

Равновесие при адсорбции 47

Материальный баланс процесса адсорбции 48

Кинетика процесса адсорбции 48

Адсорберы периодического действия с неподвижным слоем адсорбента 48

Адсорберы непрерывного действия с движущимся адсорбентом. 49

Кристаллизация 49

Способы кристаллизации 49

Список используемой литературы.

1. Касаткин. Основные процессы и аппараты в химической технологии: Учебник. – М.: Химия, 2000.

2. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. В 2-х книгах: Часть 2. – М.: Химия, 1995.

Массообменные процессы

В химической технологии многие процессы связаны с переходом вещества из одной фазы в другую. Такие процессы называются массообменными. Эти процессы еще называются диффузионными, поскольку такой переход обусловлен скоростью диффузии вещества.

К массообменным процессам в химической технологии относятся:

Абсорбция и адсорбция – это сорбционные процессы, связанные с разделением газовых и парогазовых смесей путем избирательного поглощения одного или нескольких компонентов. В случае абсорбции – поглотитель – жидкость. В случае адсорбции – твердый поглотитель. В случае абсорбции происходит массообмен между газом и жидкостью; в случае адсорбции – между газом и твердым телом.

Ректификация – процесс разделения жидких смесей, состоящих из нескольких компонентов, обладающих различной упругостью паров, основанный на многократном противоточном взаимодействии жидкости и пара. При ректификации происходит массо - и теплообмен между паровой и жидкой фазами.

Экстракция - процесс разделения смеси компонентов, входящих в состав твердой или жидкой фаз, путем обработки их жидким растворителем, способным полностью или частично извлекать один из компонентов. В данном случае массообмен происходит между твердой и жидкой фазами (экстракция из твердого тела) или между жидкими фазами (жидкостная экстракция).

Кристаллизация и растворение твердых веществ. При кристаллизации происходит массообмен в направлении от жидкого раствора к твердому телу – кристаллу, а при растворении – от твердого тела к жидкости (раствору).

Сушка – процесс удаления влаги из влажных материалов за счет подводимой извне тепловой энергии. При сушке происходит массопередача влаги из влажного материала в окружающую газовую среду.

Фазовое равновесие

Переход вещества из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называется массопередачей.

Под равновесием понимается такое состояние между фазами, когда в единицу времени из первой фазы во вторую переходят столько же молекул вещества, сколько из второй в первую.

Правило фаз. Существование данной фазы в равновесии с другими возможно лишь при вполне определенных условиях и определяется правилом фаз. Эти условия (температура, концентрация), при которых система находится в равновесии, могут меняться.

Будем называть компонентом системы каждое из находящихся в ней химических однородных веществ, которое выделяется из нее и может существовать самостоятельно длительное время. Компоненты системы, наименьшее число которых достаточно для образования всех фаз данной системы, называется независимыми компонентами.

Для процесса массопередачи на равновесие системы влияют только 2 внешних фактора – температура и давление, и правило фаз записывается следующим образом: C = K – Ф + 2,

С – число степеней свободы или минимальное число факторов, которые можно изменять независимо друг от друга без нарушения равновесия системы.

Ф – число фаз системы;K – число независимых компонентов системы.

В зависимости от числа степеней свободы, системы могут быть:

1 безвариантными – С=0;

2 одновариантными С=1;

3 двухвариантными С=2 ;

4 многовариантными С >2.

Для систем, состоящих из 2 или более числа компонентов, их состояние и равновесие зависят от температуры, Р и количественного состава фаз.

Двухкомпонентная система, состоит из двух фаз, имеет две степени свободы (С=2 – 2 + 2 = 2), т.е. для нее без нарушения равновесия фаз можно менять одновременно t-ру и Р. В том случае, если один из этих факторов принять постоянным (t-ру или Р), то состояние равновесия между фазами будет характеризоваться лишь величиной другого переменного фактора и составом фаз. Так, например, при Р=const каждой температуре будет соответствовать строго определенный состав фаз.