РАЗДЕЛ 6 Массообменные процессы

Массообменом или массопереносом называют процессы переноса массы какого-либо вещества (целевого компонента) или веществ из одной точки пространства в другую. Массообменные процессы широко используются в химической и смежных отрас­лях промышленности для разделения жидких и газовых гомо­генных смесей, их концентрирования, очистки промышленных потоков от нежелательных примесей, улавливания ценных ком­понентов и т. п.

Наибольшее распространение в химической промышленно­сти получили следующие массообменные процессы.

Абсорбция - избирательное поглощение (растворение) газа или пара жидким поглотителем. В этом процессе целевой компо­нент переходит из газовой или паровой фазы-носителя в жидкую фазу поглотителя.

Обратный процесс перехода компонента из жидкой фазы в газовую или в паровую фазу называют десорбцией.

Абсорбцию широко используют для разделения технологиче­ских газов и очистки газовых потоков от нежелательных приме­сей. Десорбция применяется для регенерации (восстановления поглощающей способности) растворителя или для выделения концентрированного целевого компонента.

Перегонка - это разделение гомогенных смесей жидкостей, имеющих разные летучести, на отдельные компоненты методом отбора паровой фазы и последующей конденсации смеси паров.

Ректификация представляет собой многостадийную противоточную перегонку, позволяющую получить более чистые ком­поненты.

В процессах перегонки и ректификации происходит перенос компонентов из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую.

Экстракция - извлечение растворенного в одной жидкости вещества с помощью растворения его в другой жидкости, не рас­творимой в первой жидкости. При этом вещество (целевой ком­понент) переходит из одной жидкости в другую.

Процессы жидкостной экстракции применяются для концен­трирования растворенных веществ в другом растворителе (полу­чение экстракта) либо с целью очистки исходной жидкости от примеси (получение рафината).

Растворение и экстрагирование из твердых тел - это про­цессы перехода веществ из твердой фазы или из раствора, содер­жащегося в пористой структуре твердого материала, в жидкий растворитель. Процессы полного растворения применяют для получения концентрированных растворов с целью их последую­щей переработки; процессы экстрагирования из пористых мате­риалов используют для извлечения ценных или, наоборот, неже­лательных компонентов из исходных пористых материалов.

Кристаллизация представляет собой процесс, обратный рас­творению, при котором кристаллизующееся вещество из жидкой фазы пересыщенного раствора переходит в твердую фазу расту­щих кристаллов. Кристаллизация применяется не только для получения дисперсной твердой фазы кристаллов, но и для полу­чения веществ повышенной степени чистоты.

Адсорбция - это избирательное поглощение газа, пара или растворенного в жидкости вещества поверхностью твердого (обычно пористого) поглотителя. Процесс адсорбции представля­ет собой переход целевого компонента из газовой, паровой или жидкой фазы в твердую фазу поглотителя. Используется процесс адсорбции для глубокого извлечения веществ при их низкой концентрации в исходной смеси с целью очистки газов или жид­костей от нежелательных примесей или для улавливания малых количеств ценных примесей.

Десорбция - процесс обратный адсорбции - применяется для регенерации твердого поглотителя или для получения целевого компонента в чистом или в концентрированном виде.

Ионный обмен - избирательный процесс извлечения ионов из растворов электролитов. Как и при адсорбции, это процесс пе­рехода извлекаемого вещества из жидкой фазы раствора в твер­дую фазу ионита. Процессы ионного обмена применяются для извлечения веществ из растворов при низких значениях их кон­центраций.

Сушка - это термический способ удаления влаги из первона­чально влажных материалов, которые в обезвоженном состоянии представляют собой твердые материалы. Удаляемая из материа­ла влага обычно испаряется на поверхности или внутри влажного материала и переносится в газовый поток сушильного аген­та. Термическую сушку широко используют для обезвоживания материалов с целью придания им тех или иных необходимых свойств.

Во всех процессах общим является перенос вещества из одной фазы в другую через границу раздела. Процесс перехода целевого компонента (компонентов) из одной фазы в другую называется массопередачей. Массопередача всегда связана с процессом диф­фузии передаваемого компонента в среде газа или жидкости, по­этому массообменные процессы часто называют диффузионными.

Перенос вещества от границы раздела фаз в основную массу газовой или жидкой фазы-носителя или от фазы-носителя к гра­нице раздела называют массоотдачей.

Механизм процессов переноса массы вещества определяется состоянием поверхности раздела фаз. По этому принципу массообменные процессы подразделяются:

- на процессы и аппараты в системах со свободной границей раздела фаз (газ – жидкость, пар – жидкость, жидкость – жидкость);

- на процессы и аппараты в системах с неподвижной поверхностью контакта фаз (газ (пар) – твердое тело, жидкость – твердо тело);

- мембранные процессы, в которых поверхностью раздела фаз является полупроницаемая перегородка (мембрана).