Модуль 7. Массообменные процессы в системах со свободной границей раздела фаз

В промышленности широкое использование получили процессы массообмена. Они используются для решения задач разделения жидких и газовых смесей, концентрирования, защиты окружающей среды (очистка сточных вод и отходящих газов). Наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных систем.

Наиболее распространенными в химической промышленности являются следующие массообменные процессы.

Абсорбция – избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов.

Перегонка и ректификация – разделение жидких гомогенных смесей на компоненты при взаимодействии потоков жидкости и пара, полученного испарением разделяемой смеси. Процесс ректификации используется для разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей.

Экстракция (жидкостная) – извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. Процесс применяют для извлечения растворенного вещества или группы веществ сравнительно невысоких концентраций.

Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать одно или несколько веществ из смеси. Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из их смеси.

Сушка – удаление влаги из твердых влажных материалов, в основном путем ее испарения. Сушку широко применяют в технике для предварительного обезвоживания перерабатываемых веществ или обезвоживания готового продукта.

Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Применяется, в частности, для получения веществ повышенной чистоты.

Массопередача осуществляется, как правило, при непосредственном соприкосновении фаз. При этом граница соприкосновения может быть подвижной (система «газ – жидкость» и др.) или неподвижной («газ – твердое тело» и т.д.). Одним из способов практической реализации массообменных процессов является использование аппаратов насадочного типа. В этом случае в качестве поверхности контакта двух фаз (массообменной поверхности) выступает поверхность инородных тел – насадка, которую укладывают различными способами.

7.1 Абсорбция

Абсорбция – это процесс избирательного поглощения растворимого компонента (абсорбтива) газовой или паровой смеси жидкостным поглотителем – абсорбентом. Обратный процесс – выделение из абсорбента растворенных в нем газов носит название десорбции.

В химической технологии абсорбция используется для получения готового продута (абсорбция хлороводорода водой в производстве соляной кислоты, окислов азота в производстве азотной кислоты), выделения ценных компонентов из газовых смесей (получение бензола из коксового газа, ацетилена из газов крекинга), улавливания вредных и нефтяного газов от сероводорода.

Различают два вида абсорбции:

а) физическую абсорбцию, когда поглощение газа жидкой фазой может происходить за счет растворения его в абсорбенте, при этом не происходит химического взаимодействия между поглотителем и поглощаемым веществом;

б) хемосорбцию, когда поглощение газа жидкой фазой происходит в результате его химического взаимодействия с абсорбентом, парциальное давление над поглотителем определяется константами химических взаимодействий.