Массообменные процессы

Массообменные процессы – процессы, характеризующиеся переходом вещества из одной фазы в другую.

Так как скорость протекания таких процессов определяется в основном скоростью диффузии, то такие процессы называют диффузионными.

Целью инженерных расчетов массообменных процессов является определение технологических параметров (температуры, концентрация распределяемого вещества, расхода фаз и гидродинамического режима), обеспечивающих переход вещества в заданном направлении с необходимой интенсивностью.

В химической технологии практически используются следующие диффузионные процессы:

1. Абсорбция и адсорбция газов и паров;

2. Десорбция газов из жидких и твердых поглотителей;

3. Перегонка жидкостей;

4. Экстракция жидких и твердых веществ;

5. Кристаллизация и растворение твердых веществ;

6. Сушка влажных материалов.

Для технологии строительных материалов наиболее характерными являются процессы, протекающие в системах твердое тело – жидкость:

- процессы растворения, плавления, кристаллизация из растворов и расплавов, адсорбции, ионообмена, выщелачивание, коррозионные процессы,

и твердое тело – газ:

- процессы адсорбции, десорбции, сжигания твердого топлива, сушки, дегидратации, термической диссоциации.

Переход вещества из объема одной фазы в объем другой фазы через поверхность раздела фаз называется массопередачей, а перенос вещества только в объеме фазы к поверхности раздела или от нее называется массоотдачей.

Массопередача происходит в три стадии:

1. Перенос молекул распределяемого вещества из объема отдающей фазы к поверхности раздела;

2. Переход молекул вещества через поверхность раздела;

3. Перенос молекул вещества от поверхности раздела фаз в объем принимающей фазы.

Первая и третья стадии могут происходить в результате молекулярной диффузии вещества, конвекции или совместного действия диффузии и конвекции.

Переход вещества через границу раздела фаз происходит путем молекулярной диффузии.

Только диффузией перенос вещества происходит в неподвижных средах (твердых телах, тонких пограничных слоях жидкости и газа), относительно которых перемещается распределяемое вещество.

В подвижных средах перенос вещества осуществляется преимущественно естественной или вынужденной конвекцией.

Конвективный перенос вещества, осуществляемый под действием турбулентных пульсаций, называется турбулентной (принудительной) диффузией.

Особое место в массообменных процессах занимает перенос вещества в капиллярно-пористых твердых телах.

Перенос вещества в таких телах происходит по капиллярам в результате действия капиллярных сил, а также конвекцией и диффузией.

Преобладание того или иного механизма переноса определяется характером взаимодействия поверхности капилляра и переносимого вещества, а также величиной соотношения длины свободного пробега молекулы l и радиуса капилляра r.

Если l << r, то преобладающим является конвективный перенос, когда же r имеет тот же порядок, что и l или меньше ее, то перенос вещества в таком капилляре происходит преимущественно диффузией.

Диффузией называется переход массы вещества из одной фазы в другую, являющийся следствием молекулярного движения и задерживаемый силами внутреннего трения.