Раздел 1
1. Общие сведения о массообменных процессах.
Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую, называются массообменными процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, -массообменной аппаратурой.
Между реакционными и разделительными аппаратами существует тесная технологическая связь. Общий закон этой связи таков: чем меньше нагрузка на реакционный аппарат, то есть чем меньше превращение исходного сырья в продукты реакции, тем больше нагрузка на разделительный агрегат, и наоборот.
Оптимальное сочетание нагрузок на реакционный и разделительный аппараты и приводит к минимальным производственным затратам – к оптимизированному процессу. Основа химического производства – реакционный аппарат – работает оптимально только в сочетании с оптимально работающим разделительным агрегатом и работа последнего имеет в химической промышленности не меньшее значение, чем работа самого реакционного аппарата.
В разделительном агрегате могут производиться разнообразные процессы. Основными и важнейшими из них являются абсорбция, экстракция, ректификация, адсорбция и сушка.
Абсорбция– избирательное поглощение газов или паров жидкими поглотителями – абсорбентами. Процесс используется во многих производствах, где из смеси газов необходимо извлечь какой либо компонент или группу компонентов. В этом процессе имеет местопереход вещества или группы веществ из газовой или паровой фазы в жидкую.
Экстракция(жидкостная) – извлечение растворённого в одной жидкости вещества или группы веществ другой жидкостью. Процесс используется в случаях, когда из раствора необходимо извлечь растворённое вещество или группу веществ. В этом процессе имеет местопереход вещества из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу.
Ректификация– разделение жидкой смеси на чистые или обогащённые составляющие в результате противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости. Процесс имеет большое значение в тех производствах, где необходимо частичное или полное разделение жидких однородных смесей на чистые компоненты или их группы. Очевидно, в этом процессе имеет местопереход вещества из жидкой фазы в паровую, и наоборот.
Адсорбция– избирательное поглощение газов, паров или растворённых в жидкостях веществ твёрдым поглотителем – адсорбентом, способным поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Процесс используется во многих производствах, где из смеси газов, паров или растворённых веществ необходимо извлечение того или другого вещества. В этом процессевещества переходят из газовой или жидкой фаз в твёрдую.
Сушка– удаление влаги из твёрдых влажных материалов путём её испарения. При этом процессе имеет местопереход влаги из твёрдого влажного материала в паровую или газовую среду.
Для всех перечисленных процессов общим является переход вещества из одной фазы в другую, или массопередача. Переход вещества из одной фазы в другую связан с явлениями конвективного переноса и молекулярной диффузии, поэтому перечисленные выше процессы получили названиемассообменных, илидиффузионных процессов.
Массопередача– переход вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия.
В массообмене участвуют как минимум три вещества: распределяющее вещество (или вещества), составляющее первую фазу; распределяющее вещество (или вещества), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество, (или вещества), которое переходит из одной фазы в другую.
Через определённый промежуток времени скорости перехода распределяемого вещества из одной фазы в другую и обратно становятся одинаковыми. Такое состояние называется равновесным. В состоянии равновесия в каждом конкретном случае существует строго определённая зависимость между концентрациями распределяемого вещества, которые при равновесии системы называютсяравновесными.
Так как концентрация пропорциональна числу частиц, то, следовательно, скорость перехода распределяемого вещества из одной фазы в другую пропорциональна разности между фактической концентрацией распределяемо вещества в данной фазе и равновесной концентрацией.
Основными вопросами, изучаемыми в массопередаче, являются: законы фазового равновесия, позволяющие установить равновесные концентрации и направление течения процесса; движущая сила массообменных процессов; коэффициенты скорости массообменных процессов.
Два последних вопроса составляют так называемую кинетикумассопередачи и рассматриваются самостоятельно; вопросы фазового равновесия, рассматриваются раздельно при изучении каждого конкретного процесса.