Массообменные процессы

Массообменными называют такие химико-технологические процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую.
Движущей силой МП является разность химических потенциалов.
Эта разность характеризует степень отклонения системы от состояния равновесия.

В пределах одной фазы перенос обусловлен разностью концентраций.
Поэтому в инженерных расчетах
движущую силу выражают как разность концентраций.

МО процессы широко используются в промышленности для разделения газовых и жидких гомогенных смесей, для их концентрирования и для защиты окружающей среды.
МО аппаратура применяется для выделения продуктов реакции и не прореагировавших веществ.

Наиболее распространенные МО процессы.
АБСОРБЦИЯ (десорбция) - избирательное поглощение газов и паров жидкостью.
ГАЗ ⇒ ЖИДКОСТЬ
ПЕРЕГОНКА И РЕКТИФИКАЦИЯ - разделение жидких гомогенных смесей на отдельные компоненты;
ректификация - чистые и сверхчистые.
ГАЗ ⇔ ЖИДКОСТЬ

ЭКСТРАКЦИЯ - извлечение компонента из одной жидкости в другую.
ЖИДКОСТЬ ⇒ ЖИДКОСТЬ
АДСОРБЦИЯ (десорбция) - избирательное поглощение газов, паров и растворенных веществ твердым поглотителем.
ЖИДКОСТЬ, ГАЗ ⇒ ТВЕРДОЕ

ИОННЫЙ ОБМЕН - избирательное поглощение ионов из электролитов.
ЖИДКОСТЬ, ГАЗ ⇒ ТВЕРДОЕ
СУШКА - удаление влаги из твердых материалов испарением.
ТВЕРДОЕ ⇒ ГАЗ

РАСТВОРЕНИЕ И ЭКСТРАГИРОВАНИЕ -извлечение за счет избирательной растворимости.
ТВЕРДОЕ ⇒ ЖИДКОСТЬ
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ - выделение твердой фазы из растворов и расплавов.
ЖИДКОСТЬ ⇒ ТВЕРДОЕ

МЕМБРАННЫЕ ПОЦЕССЫ - избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование при помощи полупроницаемых перегородок.
ЖИДКОСТЬ, ГАЗ ⇒ ЖИДКОСТЬ, ГАЗ

Процесс перехода вещества из одной фазы в другую называют массопередачей.
В отличие от теплопередачи, МП обычно происходит непосредственно через границу раздела фаз.
Перенос вещества в пределах одной фазы - из фазы к границе (или от границы в фазу) - называют массоотдачей.

X и Y - концентрации в разных фазах и поэтому могут быть выражены по-разному, в разных единицах.
Да и при одинаковом способе выражения концентраций нельзя ожидать, что разные вещества (растворы) должны проявлять себя одинаково при одинаковых концентрациях.
Однако согласованность между концентрациями есть!

Коэффициенты массопередачи имеют следующий физический смысл - это массовые потоки через единичную площадь в расчете на единичную разность между рабочей и равновесной концентрациями (единичную движущую силу).

Граница раздела фаз может быть:
Свободная (абсорбция, перегонка, ректификация, экстракция).
Величина поверхности сильно зависит от гидродинамических условий.
Неподвижная поверхность (адсорбция, процессы в насадочных колоннах).
Мембранная (мембранные процессы).

Фазы могут выступать в роли простых носителей распределяемого компонента и не участвовать в переносе (абсорбция, экстракция).
А могут быть по существу распределяемыми компонентами (перегонка, ректификация).

Если фазы - простые носители, то уравнения рабочих линий - есть прямые линии при использовании относительных концентраций.
[кг компонента / кг носителя]
[моль компонента / моль носителя]
[моль компонента / кг носителя]

Для теоретической оценки коэффициентов массоотдачи необходимо решить систему уравнений:
Неразрывности потока
Навье-Стокса
Фурье-Кирхгофа
Конвективной диффузии
Зависимости свойств от температуры и состава

Перегонка жидкостей
Процесс, в котором разделяемая смесь нагревается до кипения, а образующийся пар отделяется и конденсируется.
Перегонка основана на том, что смешанные жидкости имеют различную упругость пара (летучесть) при одинаковой температуре.

Простейший вариант перегонки - выпарка, когда один из компонентов практически нелетуч.
Простая перегонка (однократная, двукратная) применяется также при существенном различии в летучести, для предварительной очистки.
Наиболее полное разделение достигается при многократной перегонке и ректификации.

Перегонка с водяным паром
Применяется для очистки жидкостей,
не смешивающихся с водой.
Позволяет перегонять их при пониженной температуре.