Массобменными процессами называют такие технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из лдной фазы в другую конаектионной и молекулярной диффузией: абсорбция, перегонка и ректификация, экстракция,сушка,адсорбция, кристаллизация и тд.
Массопередача- процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесии, к-рое характеризуется равенством т-р и давлений фаз, а также равенством хим. потенциалов каждого компонента в сосуществующих фазах. Движущая сила переноса к.-л. компонента из одной фазы в другую – разность химических потенциалов
этого компонента во взаимодействующих фазах. Переход компонента происходит в направлении убывания его хим. потенциала.. В массообмене учавствуют как минимум 3 вещества- распределяющее вещества, составляющее первую фазу, распределяющее вещества, составляющее вторую фазу,распределяемое вещество,котрое переходит из одной фазы в другую.
Многие тепловые процессы, такие, как прокаливание, конденсация, выпаривание, испарение, а также гидромех. – флотация, промывание газов, перемешивание – сопровождаются массообменом.
Экстракция – Это процесс извлечения компонентов из растворов или из твердых тел с помощью избирательных растворителей — экстрагентов. Разделение основано на различной растворимости компонентов смеси в экстрагенте. Умело подобранный экстрагент позволяет выделить из смеси только интересующий нас компонент. В отличие от ректификации при экстракции не удается сразу получить чистое вещество: образуется новая смесь — раствор нужного компонента в экстрагенте. И для окончательного разделения необходимо использовать какой-либо другой массообменный процесс. Поэтому экстракцию применяют главным образом тогда, когда первоначальную смесь трудно разделить другими методами.
Сушка. Это удаление влаги из твердых материалов путем ее испарения. Благодаря сушке уменьшается слеживаемость удобрений, повышается качество угля и торфа, удешевляется транспортировка материалов. Поэтому сушка широко распространена в химической технологии. Этот процесс часто является последней стадией производства, предшествующей выпуску готового продукта. Обычно в промышленности используют конвективную, контактную и радиационную сушки.
При конвективной сушке материал обдувается горячим воздухом или топочными газами. Скорость сушки достаточно высока. Однако непосредственный обогрев возможен не всегда — многие материалы портятся от соприкосновения с кислородом воздуха, топочными газами. В этих случаях применяют контактную сушку — здесь теплота передается высушиваемому материалу через стенку. Для высушивания пленок, тонких листов, лакокрасочных покрытий часто применяют радиационную сушку, при которой теплота сообщается инфракрасными лучами
Экстрагирование – перевод одного или неск. компонентов из твердого пористого тела в жидкую фазу с помощью избират. р-рителя (экстрагента); один из массообменных процессов хим. технологии. Экстрагирование существенно отличается от экстракции жидкостной, к-рая протекает в гетерог. системе жидкость – жидкость. При экстрагировании размеры твердых тел задаются предшествующими операциями (измельчение).
Различают два принципиально разных способа извлечения: экстрагирование растворенного в-ва и экстрагирование твердого в-ва. В случае экстрагирования растворенного в-ва пористый объем твердого тела заполнен р-ром целевого компонента, к-рый при извлечении диффундирует за пределы пористого тела в экстрагент. Классич. пример – извлечение сахара из свекловичной стружки при ее обработке горячей водой. Экстрагирование твердого в-ва происходит, если целевой компонент, заполняющий пористый объем твердого тела, находится в твердом состоянии. При обработке твердого тела экстрагентом диффузионной стадии предшествует стадия растворения целевого компонента. В обоих случаях пористый инертный скелет либо остается в неизмененном виде, либо подвергается определенным изменениям.
К осн. стадиям экстрагирования относят: 1) подготовку сырья и экстрагента (очистка и измельчение сырья, нагревание р-рителя); 2) непосредственное контактирование твердой и жидкой фаз в аппарате, наз. экстрактором; 3) разделение системы твердая фаза – р-р (отстаивание, фильтрование, центрифугирование).
Пром. экстрагенты должны обладать высокой избирательностью, легко регенерироваться и быть сравнительно дешевыми. Таким требованиям отвечают вода, этанол, бензин, бензол, СС14 ацетон, р-ры к-т, щелочей и солей.
На скорость и механизм экстрагирования существенно влияет структура твердых пористых тел, особенности строения к-рых определяются их природой и технол. обработкой на стадиях, предшествующих экстрагированию. Такие тела могут обладать изотропной или анизотропной структурой. Изотропные тела имеют одинаковое строение во всех направлениях. Этому условию отвечают тела, состоящие из весьма малых сцементированных между собой частиц, а также тела животного или растит. происхождения, обладающие клеточным строением. В соответствии со вторым началом термодинамики при взаи-мод. твердой и жидкой фаз их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, к-рое характеризуется равенством хим. потенциалов извлекаемого в-ва в объеме твердого тела и в осн. массе экстрагента. При извлечении растворенного в-ва это равносильно равенству его концентраций в обеих фазах; условие нарушается, если целевой компонент адсорбируется твердой фазой, тогда равновесие
определяется изотермой адсорбции . При извлечении твердого в-ва равновесие
обусловлено р-римостью целевого компонента, находящегося в контакте с экстрагентом; при полном извлечении твердого компонента его концентрации в осн. массе р-ра и в пористом объеме выравниваются.
Кинетически экстрагирование подчиняется законам массообмена, конвективной и мол. диффузии ,а также законам переноса извлекаемого в-ва из твердой фазы в жидкую. Движущая сила переноса целевого компонента – разность его хим. потенциалов в фазах. На практике для упрощения связи между скоростью процесса и составом материальных потоков движущую силу экстрагирования выражают через переменный во времени градиент концентраций извлекаемого в-ва в фазах.