Массообменные процессы и их классификация. Молекулярная и конвективная диффузия процесса массопереноса.

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем переноса одного или нескольких компонентов из фазы в фазу, можно разделять как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, растворы, растворы жидкостей и др.), причем наиболее часто процессы массопередачи используют для разделения гомогенных систем.

Классификация М.П.

В промышленности применяются в основном следующие процессы массопередачи м/у фазами: г –ж, г – тв, тв – ж, ж1 – ж2.

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 смешивающейся с первой. При этом извлекаемый компонент исходного раствора переходит из одной жидкой фазы в другую.

3. Перегонка – разделение гомогенных жидких смесей путем взаимного обмена компонентами м/у жидкостью и паром, полученным испарением разделяемой жидкой смеси.

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 проводится для регенерации поглощенного вещества из поглотителя. Разновидностью адсорбции является ионный обмен – процесс разделения, основанный на способности некоторых твердых веществ (ионитов) обменивать свои подвижные ионы на ионы растворов жэлектролитов.

5. Сушка – удаление влаги из твердых материалов, главным образом путем 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 осуществляется в результате пересыщения или переохлаждения раствора (расплава) и характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую.

7. Растворение и экстракция (в системе твердое тело – жидкость) Растворение характеризуется переходом твердой фазы в жидкую (растворитель) и представляет собой, таим образом, процесс, обратный кристаллизации. Извлечение на основе избирательной растворимости одного или нескольких компонентов из твердого пористого материала, называется экстракцией из твердого или выщелачиванием.

Уравнение молекулярной и конвективной диффузии

Описывает скорость протекания процесса массопереноса

Массоперенос – перенос веществ за счет теплового движения молекул.

Описывается 1законом Фика

Количество вещества, продиффундировавшего через поверхность за единицу времени, прямо пропорционально градиенту концентрации.

- изменение массы

- коэффициент молекулярной диффузии - показывает какое количество вещества диффундирует через единицу поверхности за единицу времени при градиенте концентрации равном 1.

Характеризуется физико-химическими свойствами вещества и не зависми от гидродинамики потока (скорость движения не влияет).

– градиент концентрации – изменение концентрации, приходящееся на единицу длины нормали.

Единица длины нормали

Знак (-) означает, что направление массопереноса и градиента не совпадает.

– изменение времени.

- изменение площади.

Уравнение конвективной диффузии

Конвективная диффузия обусловлена переносом вещества за счет молекул диффузии и конвекции одновременно

- скорость.

- оператор Лапласа по концентрации.

Это уравнение определяет концентрацию вещества при нестационарном процессе в любой момент времени.

Для неподвижных сред

Изменение концентрации определяется только молекулярной диффузией для неподвижной среды.

Для стационарных процессов