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.