Массообменные процессы: классификация, движущие силы, кинетическое уравнение. Правило фаз Гиббса, принцип Ле-Шателье. Линия равновесия процесса.
Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос ве-ва из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов яв-ся разность химических потенциалов. Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов. Массообменные процессы широко используются в промышленности для решения задач разделения жидких и газовых гомогенных смесей, их концентрирования, а также для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов). Виды процессов массопередачи. В промышленности применяются в основном следующие процессы массопередачи между газовой (паровой) и жидкой, между газовой и твёрдой, между твёрдой и жидкой, а также между двумя жидкими фазами:
1. Абсорбция- избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Этот пр-с представляет собой переход ве-ва из газовой (или паровой) фазы в жидкую. Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов. Процесс, обратный абсорбции, т. е. выделение растворенного газа из жидкости, называют Десорбцией.
|
|
|
2. Перегонка и Ректификация — разделение жидких гомогенных смесей на компоненты при взаимодействии потоков жидкости и пара, полученного испарением разделяемой смеси. Этот процесс представляет собой Переход компонентов из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. Процесс ректификации используется для разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей.
3. Экстракция (жидкостная)- извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. Этот процесс представляет собой Переход извлекаемого вещества из одной жидкой фазы в другую. Процесс применяют для извлечения растворенного вещества или группы веществ сравнительно невысоких концентраций.
4. АДсорбция- избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать одно или несколько веществ из смеси. Этот процесс представляет собой Переход веществ из газовой, паровой или жидкой 1шзы в твердую. Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из смеси. Процесс, обратный адсорбции, т. е. выделение сорбированного вещества из твердого поглотителя, называют Десорбцией.
|
|
|
5. Сушка — удаление влаги из твердых влажных материалов, ц основном путем ее испарения. Этот процесс представляет собой Переход влаги из твердого влажного материала в газовую или паровую фазы. Сушку широко применяют в технике для предварительного обезвоживания перерабатываемых веществ или обезвоживания готового продукта.
6. Кристаллизация-выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Этот процесс представляет собой Переход вещества из жидкой фазы в твердую. Применяется, в частности, для получения веществ повышенной чистоты.
7. Мембранные процессы- избирательное извлечение компоненов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки-мембраны. Эти процессы представляют собой Пере-од вещества (или веществ) из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану. Применяются для разделения газовых и жидких смесей, очистки сточных вод и газовых выбросов.
jм= 
= 
=Kм*ΔС – основной закон кинематики
Скоростью любого процесса МП будет называться количество вещества М, которое передается из одной фазы в другую через единицу поверхности контакта фаз F в единицу времени τ. [кг/м2 *ч]
|
|
|
Км – коэффициент массопередачи (скорость процесса) [кг/ед конц*м2] , С-концентрация
Правило фаз Гиббса: С + Ф = К + 2
Согласно этому правилу, чем больше компонентов в системе, тем больше степеней свободы; с другой стороны, чем больше фаз тем меньше переменных, необходимо определить для полного описания системы.
· Для любой системы число фаз максимально, когда С=0. (число степеней свободы)
· Для однокомпонентной системы К=1 максимальное число фаз Ф=3.
· Для двухкомпонентной системы К=2 максимальное число фаз Ф=4.
Правило фаз Гиббса — основной закон гетерогенного равновесия— имеет вид С = К-Ф + 2, где С — число степеней свободы Ф — число фаз К —число независимых компонентов. При рассмотрении конденсированных систем правило фаз так С = К-Ф + 1
Число степеней свободы равновесной термодинамической системы равно числу независимых компонентов системы минус число фаз плюс число факторов, влияющих на равновесие.
Линия равновесия процесса.
В условиях равновесия некоторому значению X отвечает строго определённая равновесная концентрация в другой фазе, которую обозначим через Y*. Соответственно концентрации Y отвечает равновесная концентрация X*. В самом общем виде связь между концентрациями распределяемого вещества в фазах при равновесии выражается зависимостью:
|
|
|
ИЛИ 
Любая из этих зависимостей изображается графически линией равновесия, которая либо является кривой, как на рис.1(равновесная кривая для системы с компонентами-носителями, выражающая зависимость равновесной концентрации(р=const,t=const)либо в частном случае – прямой линией
Принцип Ле-Шателье - внешнее воздействие на систему, находящуюся в состоянии равновесия, приводит к смещению этого равновесия в направлении, при котором эффект произведенного воздействия ослабляется.
· Увеличение давления смещает равновесие в сторону реакции, ведущей к уменьшению объема.
· Повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции.
· Увеличение концентрации исходных веществ и удаление продуктов из сферы реакции смещают равновесие в строну прямой реакции.
· Катализаторы не влияют на положение равновесия.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 803; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!