Лекция 13 массообменные процессы и аппараты

Массообменными называют процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую. Распределяемым называется компонент переходящий из одной фазы в другую, инертным - компонент, не переходящий через границу раздела фаз. Массообменные процессы используются в химической технологии для разделения веществ, составляющих, как правило, гомогенную смесь. Разделение гетерогенных систем обычно осуществляют с помощью гидромеханических процессов, требующих меньших затрат. Разделению могут подвергаться исходное сырье, промежуточные и конечные продукты.

К основным относят следующие массообменные процессы:

Абсорбция - избирательное поглощение компонентов паровых или газовых смесей жидким поглотителем. При этом осуществляется переход одного или нескольких компонентов смеси из газовой фазы в жидкую. Обратный процесс перехода отдельных компонентов жидкой смеси в газовую фазу называется десорбцией.

Перегонка - процесс разделения жидких смесей с различной летучестью компонентов за счет их частичного испарения с последующей конденсацией паров. Перегонка подразделяется на простую перегонку или дистилляцию и ректификацию.

Простая перегонка (дистилляция) - разделение жидких смесей за счет их однократного частичного испарения и конденсации образующихся паров. Применяется при существенно различных летучестях компонентов. Осуществляется последовательный переход вещества из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую.

Ректификация - процесс разделения жидких смесей за счет их многократного частичного испарения и конденсации паров, при котором жидкая и паровая фаза обмениваются компонентами. Происходит перенос легколетучих компонентов из жидкой фазы в паровую, а труднолетучих - из паровой в жидкую. Применяется при необходимости высокой степени разделения, а также при незначительном отличии в летучестях компонентов.

Экстракция - извлечение компонентов, растворенных в одной жидкости, с помощью другой, которая не смешивается или частично смешивается с первой. Осуществляется перенос распределяемых компонентов из одной жидкой фазы в другую.

Экстрагирование (выщелачивание) - избирательное извлечение компонентов из твердой фазы жидкостью. Происходит переход компонентов из твердой фазы в жидкую.

Адсорбция - избирательное поглощение компонентов газовых, паровых или жидких смесей твердым поглотителем. Происходит переход распределяемых компонентов в твердую фазу.

Ионообмен - обмен ионами между жидким раствором и твердым телом (ионитом).Одни ионы переходят из жидкой фазы в твердую, а другие из твердой в жидкую.

Сушка - удаление влаги из твердых материалов за счет ее испарения. Осуществляется перенос влаги из твердой фазы в газовую. Сушку и экстрагирование можно считать процессами обратными адсорбции.

Кристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Перенос вещества осущесвляется из жидкой фазы в твердую. Обратный процесс перехода вещества с поверхности твердого тела в раствор называется растворением.

Мембранное разделение - разделение газовых, паровых или жидких смесей с помощью полупроницаемых перегородок (мембран), обладающих избирательной пропускательной способностью. Происходит перенос распределяемых компонентов из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану.

Для проведения любого процесса необходимо вывести систему из состояния равновесия. Условием протекания массообменных процессов является отсутствие концентрационного (химического) равновесия: химические потенциалы компонентов в различных фазах должны отличаться _iI  _iII. В этом случае будут наблюдаться процессы массоотдачи и массопередачи. Напомним, что массоотдача - это перенос вещества от границы раздела фаз к ядру фазы или в обратном направлении, а массопередача - перенос вещества из одной фазы в другую через границу раздела.

Анализ работы и расчет массообменных аппаратов базируется на уравнениях массоотдачи и массопередачи.