61. Массообменные процессы: классификация, движущие силы, кинетическое уравнение. Правило фаз Гиббса, принцип Ле-Шателье. Линия равновесия процесса.

Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос ве-ва из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов яв-ся 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. Массообменные процессы широко используются в промыш­ленности для решения задач разделения жидких и газовых гомо­генных смесей, их концентрирования, а также для защиты окру­жающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов). Виды процессов массопередачи. В промышленности применяются в основном следующие процессы массопередачи между газовой (паровой) и жидкой, между газовой и твёрдой, между твёрдой и жидкой, а также между двумя жидкими фазами:

1. Абсорбция- избирательное поглощение газов или паров жид­ким поглотителем. Этот пр-с представляет собой переход ве­-ва 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.

2. 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.

3. 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.

4. АДсорбция- избирательное поглощение 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 1шзы в твердую. Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из смеси. Процесс, обратный адсорбции, т. е. выделение сорбированного вещества из твердого поглотителя, называют Десорбцией.

5. Сушка — удаление влаги из твердых влажных материалов, ц 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.

6. 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.

7. Мембранные процессы- избирательное извлечение компоненов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки-мембраны. Эти процессы представляют собой Пере-од 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.

jм=   =   =Kм*ΔС – основной закон кинематики

Скоростью любого процесса МП будет называться количество вещества М, которое передается из одной фазы в другую через единицу поверхности контакта фаз F в единицу времени τ. [кг/м² *ч]

Км – коэффициент массопередачи (скорость процесса) [кг/ед конц*м²] , С-концентрация 

Правило фаз Гиббса: С + Ф = К + 2

Согласно этому правилу, чем больше компонентов в системе, тем больше степеней свободы; с другой стороны, чем больше фаз тем меньше переменных, необходимо определить для полного описания системы.

• Для любой системы число фаз максимально, когда С=0. (число степеней свободы)

• Для однокомпонентной системы К=1 максимальное число фаз Ф=3.

• Для двухкомпонентной системы К=2 максимальное число фаз Ф=4.

Правило фаз Гиббса — основной закон гетерогенного равновесия— имеет вид С = К-Ф + 2, где С — число степеней свободы Ф — число фаз К —число независимых компонентов. При рассмотрении конденсированных систем правило фаз так С = К-Ф + 1

Число степеней свободы равновесной термодинамической системы равно числу независимых компонентов системы минус число фаз плюс число факторов, влияющих на равновесие.

Линия равновесия процесса.

В условиях равновесия некоторому значению X отвечает строго определённая равновесная концентрация в другой фазе, которую обозначим через Y^*. Соответственно концентрации Y отвечает равновесная концентрация X^*. В самом общем виде связь между концентрациями распределяемого вещества в фазах при равновесии выражается зависимостью:

ИЛИ

Любая из этих зависимостей изображается графически линией равновесия, которая либо является кривой, как на рис.1(равновесная кривая для системы с компонентами-носителями, выражающая зависимость равновесной концентрации(р=const,t=const)либо в частном случае – прямой линией

Принцип Ле-Шателье - внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.

• Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема.

• Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.

• Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещают равновесие в строну прямой реакции.

• Катализаторы не влияют на положение равновесия.