Масообмінні процеси

Тема: «Масообмінні процеси»

Мета: ознайомити студентів із суттю та призначенням масообмінних процесів, їх класифікація.

Вид заняття: лекція з елементами бесіди.

План

1. Класифікація процесів масообміну.

2. Способи масо передачі.

3. Рівняння масо передачі.

    Класифікація процесів масообміну

Під масообмінними процесами розуміють процеси переходу однієї або декількох речовин з однієї фази в іншу через межу їхнього розділу в напрямі досягнення системою рівноважного стану. Цей пе­рехід речовин відбувається завдяки молекулярній і конвективній дифузіям, тому такі процеси часто називають дифузійними.

До масообмінних процесів відносять: абсорбцію, адсорбцію, екст­рагування, перегонку, ректифікацію, кристалізацію, розчинення, сушіння та ін. Наведемо їх стислу характеристику та сфери викори­стання.

Абсорбція - процес вибіркового поглинання компонентів газової (парової) суміші рідким поглиначем - абсорбентом, тобто має місце перехід речовини з газової (або парової) фази в рідку. Використо­вується в цукровому (сатурація), консервному (сульфітація), винороб­ному та інших вибництвах.

Адсорбція - процес вибіркового поглинання компонентів газової, парової або рідкої суміші твердим поглиначем - адсорбентом. Широ­ко використовуєте; для очищення різноманітних харчових про­дуктів, наприклад, йодоспиртових сумішей, цукрових розчинів, рос­линної олії від фарбуючих речовин,

Процеси абсорбції та адсорбції часто об'єднують загальною на­звою - процеси сорбції.

Екстрагування - процес вибіркового добування речовини з рідкої суміші або твердого тіла рідиною - екстрагентом; при цьому речови­на з рідкої або твердої фази переходить у рідку. Екстрагування є ос­новним процесом цукробурякового та масложирового виробництв. Використовується в ресторанному господарстві, лікеро-горілчаному, крохмале-патоковому, консервному, пивоварному та інших виробниц­твах.

Перегонка ~ процес розділення рідких (газових, парових) сумішей шляхом випаровування (конденсації) частини вихідної рідкої (газової, парової) суміші. Перегонка реалізується за наявності парової (газової) і рідкої фаз у системі.

Ректифікація - процес розділення рідких сумішей на окремі ком­поненти або суміші (фракції) шляхом взаємодії потоку пари і рідини. Під час ректифікації завжди існує дві фази - рідка і парова. Процеси перегонки і ректифікації застосовуються в спиртовому, лікеро-горілчаному, ефіроолійному, масложировому та інших виробництвах.

Кристалізація - виділення твердої фази у вигляді кристалів з пе­ренасичених розчинів. Відіграє важливу роль у виробництві цукру, глюкози, кухонної солі та ін.

Розчинення ~ перехід твердої фази в рідку (розчинник). Викори­стовується в усіх галузях харчової промисловості та ресторанному господарстві.

Сушіння - вилучення вологи з твердих, пластичних і рідких ма­теріалів шляхом її випаровування; при цьому волога переходить з матеріалу, який висушується, у парову або газову фазу. Широко вико­ристовується в консервному, харчоконцентратному, молочному та інших виробництвах.

За виглядом фаз масообмін класифікується на процеси в системі:

- газ (пара) - рідина: абсорбція, ректифікація;

- газ (пара) - тверде тіло: сушіння, адсорбція газів;

- рідина - тверде тіло: екстрагування з твердих тіл, кристалізація, розчинення;

- рідина - рідина: рідинна екстракція.

За способом контакту між фазами процеси можуть здійснюватися:

- безпосереднім контактом фаз;

- контактом через напівпроникні мембрани;

- без межі розділу фаз.

За способом взаємодії фаз розрізняють масообмін прямотечійний, протитечійний та змішаний.

За структурою робочого циклу розрізняють масообміни! процеси періодичні та безперервні.

Процеси можуть бути також стаціонарними і нестаціонарними. Як правило всі періодичні процеси є нестаціонарними.

Перехід речовини з однієї фази в іншу здійснюється шляхом моле­кулярної і конвектйвної дифузій, а також термодифузії та бародифузії.

Молекулярна дифузія — це перехід речовини з однієї фази в іншу внаслідок хаотичного руху молекул у нерухомому рідкому (газо­подібному) середовищі або в ламінарному потоці.

Конвектиена дифузія спостерігається в тих випадках, коли перене­сення речовини відбувається в рідині або газі під час їхнього пе­ремішування або турбулентного руху.

Термодифузія (ефект Соре) — молекулярна дифузія, що являє со­бою переміщення частинок речовини внаслідок перепаду температур у рідкому (газовому) середовищі.

Бародифузія ~ молекулярна дифузія, що спричинюється неод­норідністю тиску. Помітимо, що під час помірних перепадів темпера­тур і тиску (випадок найчастіше трапляється в інженерній практиці) термо- і бародифузією можна зневажити порівняно з концен­траційною дифузією.

Рівняння масопередачі

Більшість масообмінних процесів протікає між двома фазами, які перебувають між собою в безпосередньому контакті. Саме тому пе­ренесення речовини з однієї фази в іншу проходить в декілька стадій: перенесення всередині однієї з фаз з глибини її до поверхні поділу фаз, перехід через межу поділу фаз і перенесення від межі поділу фаз углиб другої фази.

Перенесення маси в межах однієї фази до межі поділу фаз або від неї називають масовіддачею, а загальний процес перенесення маси з однієї фази в іншу - масопередачею. Під час масопередачі можуть мати місце два типових варіанта: один, характерний для систем газ - рідина і рідина - рідина, тобто систем без твердої фази, і другий, характерний для систем із твердою фазою (тверде тіло - рідина, тверде тіло - газ).

Є ряд теорій перенесення маси: плівкова, проникності, оновлення поверхні фазового контакту, міжфазової турбулентності та ін. В ос­нові їх лежать різні спрощені моделі перенесення маси поблизу по­верхні фазового контакту.

Не зупиняючись на їхній суті, відзначимо, що всі запропоновані теорії масоперенесення - це тільки більш-менш вдалі спроби описати ті складні явища, що існують насправді, і кожна з теорій не може вважатися повною.

За основу більшості теоретичних моделей покладено такі допу­щення:

1) загальний опір перенесенню маси з однієї фази в іншу склада­ється з опору двох фаз і опору поверхні поділу фаз; останній у біль­шості випадків вважають рівним нулю;

2) на поверхні поділу фази знаходяться в рівновазі, причому рів­новага на межі фаз установлюється значно швидше від зміни серед­ньої концентрації в ядрі фаз.

1. Назвіть приклади масо передачі.

2. Чому, щоб розчинити цукор у склянці, його перемішують ложкою?

3. Від чого залежить швидкість  процесу масо передачі?Суть масовіддачі та масопередачі.

Прикріпити файл з написаною лекцією