Понятие о массообменных процессах

Массообменные или диффузионные процессы связаны с переходом компонентов из одной фазы в другую с целью их разделения. Перенос теплоты, массы и других экстенсивных величин возможен, если в разных точках технологической системы (аппарата, потока) различны значения интенсивных свойств (температуры, давления и др.). Разница в значении интенсивных свойств (потенциалов) является причиной и движущей силой переноса экстенсивных величин. Скорость процесса определяется скоростью перехода вещества из одной фазы в другую, т.е. скоростью массопередачи или скоростью диффузии.

Компонент системы (смеси) – вещество, которое может быть выделено из системы и которое может существовать в свободном состоянии.

Диффузия (от лат. diffusio – распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или установлению их равновесного распределения. Обычно диффузия определяется тепловым движением частиц.

К массообменным процессам относятся перегонка, ректификация, абсорбция, экстракция, адсорбция, сушка.

Перегонка — процесс разделения жидких смесей, достигаемый испарением части исходной жидкой смеси. Перегонка реализуется при наличии паровой и жидкой фаз в системе.

Перегонка является одним из массообменных процессов, разделение смесей с помощью которого основано на разности температур кипения компонентов смеси. При этом компонент, имеющий более низкую температуру кипения (НКК), переходит в пар и удаляется из жидкой смеси в первую очередь. Компонент с более высокой температурой кипения (ВКК) остается в жидком состоянии и лишь частично испаряется.

Расчеты процесса перегонки, а также ректификации, являющейся ее более сложной разновидностью, базируются на использовании законов термодинамического равновесия растворов.

Ректификация — процесс разделения жидких смесей на отдельные компоненты или их смеси (фракции), обусловленный многократным взаимодействием потоков пара и жидкости. При ректификации всегда существуют две фазы — жидкая и паровая.

Ректификация (лат. rectificatio исправление, выпрямление, rektus прямой, простой + facio делаю) многоступенчатый массотеплообменный процесс разделения многокомпонентных жидких смесей на отдельные компоненты путём многократного испарения и конденсации на насадках или тарелках ректификационных колонн. От многоступенчатой перегонки (дистилляции) отличается возвращением в колонну части дистиллята (флегмы).

Сорбция – захват газа или пара твёрдым телом или жидкостью.

Абсорбция — процесс избирательного поглощения компонен­тов газовой (паровой) смеси жидким поглотителем — абсорбентом. Таким образом, в процессе абсорбции участвуют газовая и жидкая фазы.

Экстракция — процесс избирательного извлечения компонен­тов из жидкой смеси (или из твердого вещества) другой жидкостью (избирательным или селективным растворителем). Наиболее часто процесс экстракции осуществляется при взаимодействии двух жидких фаз (деэмульгаторы, добавляемые в нефть для выделения и сбора эмульсии).

Адсорбция — процесс избирательного поглощения компонен­тов газовой, паровой или жидкой смеси твердым поглотителем — адсорбентом.

Десорбция – освобождение газов или паров, сорбированных каким-либо материалом.

Сушка — процесс удаления жидкости (в частности, влаги) из твердых материалов в результате ее испарения. В этом процессе присутствуют пропитанный жидкостью твердый материал и паровая фаза.

Поскольку в процессах массообмена участвуют две фазы, всегда имеется граница раздела фаз, через которую происходит массообмен. Массообменные процессы широко используют при пере­работке нефти и газа. Так, ректификацией из нефти получают бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, масляные фракции, разделяют природные и нефтяные газы, выделяют ароматические углеводороды, ксилолы, этилбензол и др.

Абсорбцию широко применяют на ГПЗ для выделения из природных и попутных газов и газов нефтеперерабатывающих заводов этановой, этан-этиленовой, пропановой, пропан-пропиленовой, бутановой и бутан-бутиленовой фракций, являющихся ценным химическим сырьем.

Очистка масел осуществляется экстракцией.

Процесс сушки используют в производстве катализаторов.