Массообменные процессы

Июль 22, 2022

Главная
Химия
Массообменные процессы

Содержание

2. Процессы массообмена Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной
3. Массопередача Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия
4. Основное уравнение массопередачи Основным кинетическим уравнением массообменных процессов является уравнение массопередачи, которое основано на общих кинетических
5. Классификация массообменных процессов В дальнейшем при анализе массообменных процессов будем исходить из условия состояния границы контакта
6. Типы процессов массообмена Абсорбция Перегонка Экстракция Адсорбция Сушка Кристаллизация Десорбция Ректификация
7. Абсорбция и Десорбция Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Этот процесс представляет собой
8. Перегонка Перегонка - разделение исходной смеси на чистые компоненты за счет кипения. Этот процесс представляет собой
9. Экстракция Экстракция - избирательное поглощение из жидкой смеси или твердых веществ жидкости жидким поглотителем. Этот процесс
10. Адсорбция Адсорбция - избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ твердым поглотителем, способным поглощать
11. Сушка Сушка -удаление влаги из твердого материала с помощью сушильного аппарата. Этот процесс представляет собой переход
12. Методы введения сушки Конвективная сушка – тепло к материалу подводят непосредственно к соприкосновению. Контактная сушка –
13. Статика сушки – процесс сушки можно рассматривать как процесс теплопередачи и массообмена. При сушке влага перемещается
14. Ленточная сушилка Эта камера в которой распаложены движущиеся ленты. Ленты изготовлены из металлической сетки, резины, ткани
16. Кристаллизация Кристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Этот процесс представляет
17. Цели процесса Температура Давление Перемешивание Внесение затравки Факторы влияющие на процессы Выделение твердой фазы из насыщенных
18. Методы введения процесса Кристаллизация при отводе тепла ( охлаждение, перемешивание, встряхивание, внесение затравки) Удаление части растворителя
19. Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и двумя работающими поочередно нутч-фильтрами для отделения кристаллов от маточного
20. Вальцовый кристаллизатор Вальцовые кристаллизаторы представляют собой горизонтальный вращающейся охлаждаемый изнутри металлический барабан 1 (рисунок 5). он
21. Барабанный кристаллизатор водяного охлаждения Одним из наиболее распространенных механических кристаллизаторов является барабанный вращающийся кристаллизатор с водяным
22. Ректификация Ректификация – процесс многократного испарения исходной смеси за счет разных температур кипения компонентов смеси. Процесс
23. На любой тарелке колонны происходит контакт между парами поднимающимися снизу колонны к жидкостью, стекающей на эту
24. Ректификационная колонна Колонна – это вертикальный цилиндрический аппарат, высота которого значительно больше по диаметру. Колонна состоит
26. Виды ректификационных колонн Есть 2 вида ректификационных колонн: 1-Тарельчатые – наз-т колонные аппараты, у которых внутренними
28. Скачать презентацию

Слайд 2

Процессы массообмена
Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет

перенос вещества из одной фазы в другую.
Движущей силой этих процессов является разность концентраций.
Массообменные процессы обратимы, так как направления перехода вещества может измениться в зависимости от рабочих параметров.
Перенос вещества прекращается при достижении равновесия между фазами.

Слайд 3

Массопередача
Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую

в направлении достижения равновесия называют массопередачей.

Массопередача осуществляется, как правило, при непосредственном соприкосновении фаз (за исключением мембранных процессов).
При этом граница соприкосновения - т. е. поверхность контакта фаз - может быть:
подвижной (система газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость) или
неподвижной (газ-твердое тело, пар-твердое тело, жидкость-твердое тело).

Слайд 4

Основное уравнение массопередачи
Основным кинетическим уравнением массообменных процессов является уравнение массопередачи, которое

основано на общих кинетических закономерностях физико-химических процессов.
Скорость процесса
[кг/(м2 с)]
равна движущей силе ΔС, деленной на сопротивление R
Здесь величина К характеризует скорость процесса переноса вещества из одной фазы в другую.
По аналогии с процессом теплопередачи коэффициент К называют коэффициентом массопередачи.

ΔC / R = dM / dFdτ
где dM – количество вещества, перешедшего из одной фазы в другую, dF – площадь поверхности фазового контакта; dτ – продолжительность процесса; ΔC – движущая сила массообменного процесса; R – сопротивление массопереносу.

dM = KΔdF

Обозначив 1/R = К, получим

Слайд 5

Классификация массообменных процессов
В дальнейшем при анализе массообменных процессов будем исходить из

условия состояния границы контакта фаз, что существенно различает механизмы процессов переноса массы.
По этому принципу массообменные процессы подразделяют на
массопередачу в системах со свободной границей раздела фаз (газ - жидкость, пар - жидкость, жидкость - жидкость),
массопередачу в системах с неподвижной (фиксированной) поверхностью контакта фаз (системы газ - твердое тело, пар – твердое тело, жидкость - твердое тело)
массопередачу через полупроницаемые перегородки (мембраны).

Слайд 6

Типы процессов массообмена
Абсорбция
Перегонка
Экстракция
Адсорбция
Сушка
Кристаллизация
Десорбция
Ректификация

Слайд 7

Абсорбция и Десорбция
Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким

поглотителем.
Этот процесс представляет собой переход вещества из газовой (или паровой) фазы в жидкую.
Движущей силой яв-ся разность концентраций, т. к. парциальное давление компонентов пропорционально его концентраций.
Оптимальная температура процесса 40’градусов, т. к. с повышением темп. Растворимость газов падает.
Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов.
Процесс, обратный абсорбции, т.е. выделение растворенного газа из жидкости, называют десорбцией.

Слайд 8

Перегонка
Перегонка - разделение исходной смеси на чистые компоненты за

счет кипения.
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.

Слайд 9

Экстракция
Экстракция - избирательное поглощение из жидкой смеси или твердых

веществ жидкости жидким поглотителем.
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.

Слайд 10

Адсорбция
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 фазы в твердую.
Адсорбцию применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из их смеси.
Процесс, обратный адсорбции, т.е. выделение сорбированного вещества из твердого поглотителя, называют десорбцией.

Слайд 11

Сушка
Сушка -удаление влаги из твердого материала с помощью сушильного аппарата.
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.

Слайд 12

Методы введения сушки
Конвективная сушка – тепло к материалу подводят непосредственно к

соприкосновению.
Контактная сушка – тепло к материалу подводится через теплопередающую поверхность.
Сушка диэлектриками – осуществляется токами высокой частоты, которые вызывают колебания молекул, что приводит к трению, следовательно повышается температура.
Радиационная сушка – осуществляется инфракрасными лучами.
Сублимационная сушка – сушка в глубоком вакууме при низких t , влага переходит в пар из твердой фазы, минуя жидкое состояние.

Слайд 13

Статика сушки – процесс сушки можно рассматривать как процесс теплопередачи и

массообмена.
При сушке влага перемещается из глубины материала к поверхности, а затем удаляется из материала.
Теплота необходимо для нагрева материла при сушке, подводится к поверхности материла т распространяется вглубь материала.
Переход теплоты к массе происходит в противоположном направлении.
Сушильным агентом чаще всего применяется атмосферный воздух, он характеризуется следующими показателями:
Абсолютная влажность – количество водяного пара в кг, содержащегося в одном м влажного воздуха.
Относительная влажность ? – отношение массы водяного пара, находящегося в 1 м влажного воздуха при данных условиях Р, к максимально возможному его количеству в условиях насыщения.
? можно выразить как отношение порциального давление водяного пара при данных условиях к упругости насыщенного водяного пара:

- Порциальное давление водяного пара

- Давление насыщенного пара

Влагосодержание ? – масса водяного пара в кг содержащегося во влажном воздухе, отнесенная к 1-му кг абсолютно сухого воздуха.

Слайд 14

Ленточная сушилка
Эта камера в которой распаложены движущиеся ленты.
Ленты изготовлены из металлической

сетки, резины, ткани или листового металла.
Горячий воздух подается из калорифера снизу. Влажный материал через бункер засыпают на ленту. Горячий воздух проходя через отверстия в ленте высушивает материал. При движении ленты материал ссыпается на нижележащую ленту. Для предотвращения рассыпания материала устанавливают перегородки. Высушенный материл выводится через нижний бункер.

1 — корпус сушилки;
2 — ведомые барабаны;
3 — вентилятор;
4 — загрузочная воронка;
5 — транспортерные ленты;
6 — ведущие барабаны;
7 — перегородки;
8 — калорифер

Слайд 15

Слайд 16

Кристаллизация
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.
Быстрое течение процесса дает мелкие кристаллы, которые трудно отфильтровать. При медленном течении процесса кристаллы получаются более крупные.

Слайд 17

Цели процесса
Температура
Давление
Перемешивание
Внесение затравки
Факторы влияющие на процессы
Выделение твердой фазы из насыщенных растворов
Чистка

твердых веществ, перекристаллизация

Слайд 18

Методы введения процесса
Кристаллизация при отводе тепла ( охлаждение, перемешивание, встряхивание, внесение

затравки)
Удаление части растворителя ( выпаривание, вымораживание)
Принудительная циркуляция и перемешивание растворов
Комбинированный метод удаляется часть растворителя под вакуумом раствора охлаждения

Слайд 19

Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и двумя работающими поочередно нутч-фильтрами

для отделения кристаллов от маточного раствора.

1 – корпус аппарата; 2 – нагревательная камера; 3 – нутч-фильтры Рисунок 1. Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и нутч-фильтрами

Слайд 20

Вальцовый кристаллизатор
Вальцовые кристаллизаторы представляют собой горизонтальный вращающейся охлаждаемый изнутри металлический барабан

1 (рисунок 5). он частично погружен в корыто 2 с кристаллизуемым раствором. Во избежание прежде временной кристаллизации корыто обогревается. Через полые валы 3, которые вращаются вместе с барабаном, внутрь которого поступает и удаляется с противоположного конца охлаждающая вода. Валы соединены с неподвижными трубопроводами. За один оборот барабана на его поверхности образуется плотный тонкий слой кристаллов, которые снимаются с барабана ножом 4.

1 – барабан; 2 – корыто; 3 – полые валы; 4 – нож для съёма кристаллов
Рисунок 5 — Вальцовый кристаллизатор

Вальцовые кристаллизаторы применяют для кристаллизации из растворов или расплавов, содержащих небольшие количества маточного раствора.

Слайд 21

Барабанный кристаллизатор водяного охлаждения
Одним из наиболее распространенных механических кристаллизаторов является барабанный

вращающийся кристаллизатор с водяным или воздушным охлаждением.
Кристаллизатор с водяным охлаждением представляет собой вращающийся барабан, имеющийся водяную рубашку и установленный под небольшим углом к горизонту. Во избежание деформации рубашки между ней и корпусом в шахматном порядке вварены бобышки. На корпусе кристаллизатора закреплены два бандажа, каждый из которых опирается на две пары опорных роликов. Чтобы предупредить осевое скольжение барабана, у одного из бандажей устанавливается упорные ролики. Вращение барабана со скоростью 1-2 рад/сек.

1 – барабан;
2 – водяная рубашка;
3 – бобышки;
4 – бандаж;
5 – опорный ролик;
6 – упорные ролики;
7 – зубчатое колесо;
8 – штуцер для подачи раствора;
9 –распределительное устройство для ввода охлаждающей воды;
10 – кожух;

Слайд 22

Ректификация
Ректификация – процесс многократного испарения исходной смеси за счет разных температур

кипения компонентов смеси. Процесс ректификации осуществляют в колоннах, представляющих собой вертикальные цилиндрические аппараты, с контактными устройствами. Наибольшее распространение в промышленности получили ректификационные колонны, в которых в качестве контактных устройств используются колпачковые, ситчатые и провальные тарелки

Слайд 23

На любой тарелке колонны происходит контакт между парами поднимающимися снизу колонны

к жидкостью, стекающей на эту же тарелку.
При контакте этих же потоков происходит изменение состава фаз и обогащение паров НКК, а жидкости ВКК. Поднимающиеся вверх по колонне пары обогащаются НКК, а стекающих вниз жидкость ВКК.
Контактирование встречных потоков фаз осуществляется до тех пор пока не будут достигнуты желаемые составы продуктов: верхнего, называемого ректификатом или дистиллятом и нижнего – кубовой остаток.
Изменение составов фаз будет происходит в том случае если поток жидкости (или флегмы) будет более богат НКК чем жидкость, равновесная с паром, т.к. давление в колонне постоянно, то это условие будет достигаться если t потока жидкости будет меньше, чем t потока жидкости и пара.
Наименьшая т будет в верхней части колонны, а самая высокая – в нижней. Поскольку в процессе ректификации должны участвовать два потока паров и жидкости, состоящие из одних и тех же компонентов, но с разными концентрациями, для обеспечения процесса ректификации в верхней части колонны отводят тепло, а в нижней части подводят тепло.
При конденсации части паров в верхней части колонны образуется поток жидкости(орошение) флегмы, перетекающей с тарелки на тарелку.

Слайд 24

Ректификационная колонна
Колонна – это вертикальный цилиндрический аппарат, высота которого значительно

больше по диаметру. Колонна состоит из вертикального корпуса с юбкой, устанавливается на фундамент.
Внутри колонны монтируется контактные устройства: тарелки, отбойник, паровой маточник, штуцера для отвода целевых паров
Ректификационные колонны применяются в процессах дистилляции, экстрактивной, ректификации, теплообмена между паром и жидкостью и в других процессах.
Диаметр промышленных ректификационных колонн может достигать 16 метров, а высота 90 метров и более
В зависимости от назначения колонны могут быть полными, которые имеют концентрационную и отгонную секции или неполными: укрепляющая колонна не имеет отгонной, а отгонная колонна – концентрационной секции
В концентрационной колонне сырье вводится под нижнюю тарелку а в отгонной на верхнюю.
Также различают простые и сложные колонны. В простые колонны сырье разделяется на два продукта, а в сложной колонне число отбираемых продуктов больше двух. Они могут выводится в виде боковых погонов.

Слайд 25

Слайд 26

Виды ректификационных колонн
Есть 2 вида ректификационных колонн:
1-Тарельчатые – наз-т колонные аппараты,

у которых внутренними устройствами в рабочей зоне являются тарелки
Тарелки – это барботажное устройство, в котором при работе происходит массообменный процесс, т.е. переход компонента из одной фазы в другую в результате непосредственного контакта между рабочими средами

Массообменные процессы

Содержание

Процессы массообменаПроцессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет

МассопередачаПроцесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую

Основное уравнение массопередачиОсновным кинетическим уравнением массообменных процессов является уравнение массопередачи, которое

Классификация массообменных процессовВ дальнейшем при анализе массообменных процессов будем исходить из

Типы процессов массообменаАбсорбцияПерегонка Экстракция АдсорбцияСушкаКристаллизация Десорбция Ректификация

Абсорбция и Десорбция Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким

Перегонка Перегонка - разделение исходной смеси на чистые компоненты за

Экстракция Экстракция - избирательное поглощение из жидкой смеси или твердых

АдсорбцияАдсорбция - избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ

СушкаСушка -удаление влаги из твердого материала с помощью сушильного аппарата.Этот процесс

Методы введения сушкиКонвективная сушка – тепло к материалу подводят непосредственно к

Статика сушки – процесс сушки можно рассматривать как процесс теплопередачи и

Ленточная сушилкаЭта камера в которой распаложены движущиеся ленты.Ленты изготовлены из металлической

КристаллизацияКристаллизация - выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или

Цели процесса ТемператураДавлениеПеремешиваниеВнесение затравкиФакторы влияющие на процессыВыделение твердой фазы из насыщенных растворовЧистка

Методы введения процесса Кристаллизация при отводе тепла ( охлаждение, перемешивание, встряхивание, внесение