Основы массопередачи
В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую.
Виды процессов массопередачи.
1. Абсорбция – поглощение газа жидкостью, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой фазы в жидкую. Обратный процесс выделения газа из жидкости называется десорбцией.
2. Экстракция (в системе жидкость – жидкость) – извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающегося с первой. При этом извлекаемый компонент исходного раствора переходит из одной жидкой фазы в другую.
3. Ректификация – разделение гомогенных жидких смесей путем многократного взаимного обмена компонентами между жидкой и паровой фазами, движущимися обычно противотоком друг к другу.
4. Адсорбция – поглощение компонента газа, пара или раствора твердым пористым поглотителем, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой (паровой) или жидкой фазы в твердую. Обратный процесс – десорбция проводится после адсорбции и часто используется для регенерации поглощенного вещества из поглотителя.
5.Сушка – удаление влаги из твердых материалов главным образом путем ее испарения. В этом процессе влага переходит из твердой фазы в газовую или паровую.
6. Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую вследствие изменения его растворимости.
7. Растворение и экстракция (в системе твердое тело – жидкость). Растворение характеризуется переходом твердой фазы в жидкую и представляет собой процесс, обратный кристаллизации.
Правило фаз. Знание равновесия в процессах массопередачи позволяет установить пределы, до которых могут протекать эти процессы. В основе равновесия лежит известное правило фаз.
Ф + С = К +2
где Ф – число фаз;
С – число степеней свободы, т.е. число независимых переменных, значения которых можно произвольно изменять без нарушения числа или вида фаз в системе;
К – число компонентов системы.
Направление массопередачи. Распределяемое вещество всегда переходит из фазы, где его содержание выше равномерного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Направление переноса распределяемого вещества, т.е. направление массопередачи, можно определить с помощью линии равновесия и рабочей линии.
Пусть массопередача
происходит между фазами ФХ
и ФУ
, где
и
– рабочие концентрации.
Если рабочая линия
располагается ниже линии равновесия,
то для любой точки (например А)
<
и
>
,
где
и
–
равновесные концентрации
распределяемое вещество будет переходить
в этом случае ФХ
→ ФУ.
Если же рабочая линия расположена выше линии равновесия, то для произвольно выбранной точки А, > и <
При этом распределяемый компонент будет переходить из фазы ФУ → ФХ