Сушка – удаление влаги из твердых материалов, главным образом путем ее испарения. В этом процессе влага переходит из твердой фазы в газовую или паровую.

Актуальность изучения данной темы заключается в том, что есть случаи пожаров на промышленных объектах с технологическими установками, составной частью которых являются массообменные аппараты. Причинами пожаров, как правило, являются возникновение аварийных ситуаций в связи с недостаточным знанием ответственными лицами, в том числе и работниками ГПС, пожароопасных факторов этих физико-химических процессов и особенностей пожарной опасности используемого технологического оборудования и технологий, аппараты которых требуют постоянного автоматического контроля и визуального осмотра. В случае необходимости – останова, выяснения причины нарушения технологических параметров и ремонта.

Переходим к рассмотрению учебных вопросов:

Вопрос 1. Классификация массообменных процессов.

В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массообмена. Он характеризуется переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Путем перехода одного или нескольких компонентов из одной фазы в другую можно разделить как гетерогенные, так и гомогенные системы (газовые смеси, растворы жидкостей), причем наиболее часто процессы массообмена используются для разделения гомогенных систем. В промышленности применяют в основном следующие процессы массообмена между фазами (газовой и жидкой, газовой и твердой, твердой и жидкой, жидкой и жидкой) (слайд №3):

Сорбция (лат. «sorbeo» - поглащаю, втягиваю) – любой процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим (сорбентом), независимо от механизма поглощения. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию.. Обратный процесс - процесс выделения одного вещества из другого называется десорбцией и используется для регенерации поглощенного вещества из поглотителя.

Адсорбция – изменение концентрации вещества на границе раздела фаз, происходящее на любых межфазовых поверхностях. Адсорбироваться могут любые вещества. Промышленную реализацию имеет процесс поглощения компонента газа, пара или раствора твердым пористым поглотителем. Процесс разделения характеризуется переходом вещества из газовой или жидкой фазы в твердую. Разновидностью адсорбции является ионный обмен.

Абсорбция – поглощения одного вещества другим во всем объёме сорбента (растворение газов в жидкостях - газвода). Промышленную реализацию имеет процесс поглощения компонента газа или пара жидким поглотителем. Разновидностью абсорбции является хемосорбция – поглощение одного вещества другим, сопровождающееся химическими реакциями (поглощение влаги и кислорода металлами с образованием оксидов и гидроксидов).

Сушка – удаление влаги из твердых материалов, главным образом путем ее испарения. В этом процессе влага переходит из твердой фазы в газовую или паровую.

Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из раствора или расплавов. Кристаллизация осуществляется в результате перенасыщения или переохлаждения раствора (расплава) и характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую.

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

Процесс массообмена представляет собой сложный процесс, включающий перенос вещества в пределах одной фазы, перенос через поверхность раздела фаз и его перенос в пределах другой фазы. Процесс происходит через границу раздела соприкасающихся фаз. Эта граница может быть либо подвижной (массопередача в системах газ-жидкость или пар-жидкость, жидкость-жидкость), либо неподвижной (массопередача с твердой фазой). Перенос вещества из фазы к границе раздела фаз или в обратном направлении, т.е. в пределах одной из фаз, называется массопередачей. Процессы массопередачи (массообмена) можно разделить на две группы:

· процессы, в которых участвуют минимум три вещества (абсорбция, экстракция);

· группа процессов, в которых участвуют вещества, находящиеся в двух фазах, обменивающиеся компонентами, сами непосредственно участвующие в массопередачи и которые уже невозможно рассматривать как инертные носители распределяемого вещества (перегонка).

Для массообменных процессов количество переносимого вещества пропорционально поверхности раздела фаз и движущей силе. Движущая сила характеризуется степенью отклонения системы от состояния динамического равновесия, выражаемой наиболее часто разностью химических потенциалов распределяемого вещества. Диффундирующее в пределах фазы вещество перемещается от точки с большей концентрацией к точке с меньшей концентрацией и в расчетах движущую силу процессов массопереноса выражают приближенно через разность концентраций подобно тому, как в процессах теплопереноса ее выражают через разность температур.

Процессы массопредачи избирательны в тех случаях, когда поглотитель извлекает только один компонент исходной смеси и практически не извлекает остальные ее компоненты. Эти процессы большей частью обратимы. При этом направление перехода вещества из фазы в фазу определяется концентрациями распределяемого вещества в фазах и условиями равновесия.

Количественный состав фаз выражают: В объемных концентрациях – принимая за единицу массы 1 кг или за единицу объема 1 моль. Объемная концентрация это число килограммов данного компонента, приходящееся на единицу объема фазы. В весовых или мольных долях – отношение массы (или количества) данного компонента к массе всей фазы.

В относительных концентрациях – в виде отношения массы данного компонента, являющегося распределяемым веществом, к массе компонента-носителя, количество которого остается постоянным в процессе массопередачи. Скорость массопередачи связана с механизмом переноса распределяемого вещества в фазах, между которыми происходит массообмен. Перенос вещества внутри фазы может происходить только путем молекулярной диффузии, либо путем конвекции и молекулярной диффузии одновременно. Посредством одной молекулярной вещество перемещается лишь в неподвижной среде. В движущейся среде перенос вещества осуществляется как молекулярной диффузией, так и самой средой в направлении ее движения или отдельными частицами.

В турбулентном потоке перенос молекулярной диффузией преобладает только вблизи границы фазы. При турбулентном течении возникают нерегулярные пульсации скорости под действием которых, наряду с общим движением потока, происходит перемещение частиц во всех направлениях, в том числе и в поперечном.