Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую, называют массообменными процессами. Массообменные процессы занимают особое место среди химико-технологических 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.
В разделительном агрегате могут проводиться
Массообменные процессы широко используются в промышленности:
- для разделения жидких и газовых гомогенных смесей,
- для их концентрирования,
- для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов).
В пищевой и химической промышленности и в технологии очистки газовых и жидких систем широко распространены, и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую.
Пищевые продукты и материалы представляют собой сложные гетерогенные биологически активные системы, их массовлагообменные и термодинамические характеристики являются функцией химического состава, структура, параметров состояния (плотности, температуры, влажности и т. п.), они зависят от метода обработки, поэтому в технологических процессах изменяются в широких предела.
- Массообменные процессы
Процессы массообмена — процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущая сила этих процессов – 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.
Оптимизация процессов разделения газового конденсата в колонных аппаратах
... одного из важнейших факторов, влияющих на технологический процесс и на качество получаемых продуктов; математическое моделирование проводимых процессов разделения углеводородных смесей в промышленных установках, разработка ... тяжелых углеводородов не только предотвращает образование жидкой фазы в газопроводах, но и выделяет важные для промышленности газы – пропан–бутан, которые широко используются ...
Массообменные процессы подразделяют на:
- массопередачу в системах со свободной границей раздела фаз (газ-жидкость, пар-жидкость, жидкость-жидкость),
- массопередачу в системах с неподвижной поверхностью контакта фаз (системы газ — твердое тело, пар — твердое тело, жидкость — твердое тело),
- массопередачу через полупроницаемые перегородки (мембраны).
Классификация и общая характеристика массообменных процессов:
1. Абсорбция
2. Перегонка и ректификация
3. Экстракция (жидкостная)
4. Адсорбция
5. Ионный обмен
6. Сушка
7. Растворение и экстрагирование из твердых тел
8. Кристаллизация
9. Мембранные процессы
В пищевой отрасли широко применяются такие
Ректификация — процесс многократного противоточного контактирования встречных неравновесных потоков пара и жидкости с целью разделения жидких гомогенных смесей на фракции. Перегонка и ректификация — наиболее распространенные методы разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или нескольких летучих компонентов, т.е. имеет место переход веществ из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. Процессы перегонки (дистилляции) и ректификации широко применяют при получении этилового спирта, в производстве ароматических веществ. Дистилляцией получают коньячный спирт, винный спирт, используемые в производстве коньяка, виски, бренди, рома и др. Перегонку используют для грубого разделения смесей, ректификацию — для наиболее полного их разделения. Эти процессы основаны на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Компонент смеси, обладающий большей летучестью, называется легколетучим, кипит при более низкой температуре, чем компонент, обладающий меньшей летучестью (труднолетучий).
Поэтому их называют также низкокипящим и высококипящим компонентами. В результате перегонки или ректификации исходная смесь разделяется на дистиллят, обогащенный легколетучим компонентом, и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.
Экстракция — процесс избирательного извлечения компонентов из жидкой смеси (или из твердого вещества) жидким экстрагентом. При экстракции происходит извлечение одного или нескольких веществ из растворов или твердых веществ с помощью растворителей. При экстракции в системе «жидкость — жидкость» имеет место переход вещества из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу. Экстракцию широко применяют для извлечения ценных веществ из разбавленных растворов, а также для получения концентрированных растворов.
Абсорбцией — называют процесс поглощения газов или паров (абсортивов) из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями — абсорбентами, т.е. имеет место переход вещества из газовой или паровой фазы в жидкую. Этот процесс является избирательным и обратимым, что позволяет применить его с целью получения растворов газов в жидкостях, а также для разделения газовых или паровых смесей (десорбция).
В пищевой промышленности процессы абсорбции применяют для очистки отводящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживания газосбросов (например, в пивоваренной промышленности — утилизация диоксида углерода, образующегося при брожении пивного сусла).
По аптечной фармацевтической технологии : «Лекарственные формы ...
... вспомогательных веществ растворение лекарственных веществ процеживание раствора оформление к отпуску проверка на чистоту и герметичность упаковки оформление лицевой стороны ППК оценка качества изготовленной лекарственной формы Технология приготовления растворов включает ...
В различных пищевых технологиях, например, для очистки диффузионного сока и сахарных сиропов, осветления пива и фруктовых соков, очистки от органических примесей спирта, коньяка, водки и вин и др., используют процесс адсорбции. В пищевых производствах широко используются следующие адсорбенты: активные угли, силикагели (гели кремниевой кислоты), цеолиты, глины и др.
Адсорбцией — называется процесс разделения, основанный на избирательном поглощении газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твердым пористым поглотителем – адсорбентом, способным поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Процесс используется в тех производствах, где из смеси газов, паров или растворенных веществ необходимо извлечение того или иного вещества. В этом процессе вещества переходят из газовой или жидкой фаз в твердую. Обратный процесс называется десорбцией.
Сушка — это удаление влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. В этом процессе имеет место переход влаги из твердого материала в паровую или газовую фазу. Скорость его во многих случаях определяется скоростью внутридиффузионного переноса влаги в твердом теле.
В производстве многих пищевых продуктов (молочных и фруктово-ягодных консервов, колбасных изделий, рыботоваров, солода, пищеконцентратов и др.) сушка, как правило, является обязательной операцией и представляет собой достаточно энергоемкую технологическую стадию процесса. При производстве некоторых пищевых продуктов сушке может предшествовать частичное удаление свободной влаги из материалов другими методами, например, отжатием на прессах, центрифугированием, выпариванием с целью повышения концентрации сухих веществ (сгущение при производстве сухого молока).
При выборе метода сушки необходимо учитывать то, что пищевые материалы обладают рядом отличительных свойств: низкой термостойкостью, склонностью к окислению и деструкции, склонностью к короблению и потере товарного вида, наличием активных биохимических (ферментов, заквасок микроорганизмов) и химически активных веществ. Поэтому необходимо применение комбинированных способов подвода теплоты, что позволяет наиболее рационально нагревать материал до температуры сушки. Рациональным является также применение комбинированных сушильных агрегатов (например, сочетание распылительной сушки с сушкой в псевдоожиженном слое).
Кристаллизация — является одним из распространенных и наиболее эффективных методов получения вещества в чистом виде. При кристаллизации из жидкой фазы выделяется вещество в виде кристаллов различной геометрической формы, ограниченных плоскими гранями. При этом имеет место переход вещества из жидкой фазы в твердую в результате возникновения и роста кристаллов в растворе. В пищевой технологии выделение твердой фазы из растворов или расплавов в виде кристаллического продукта является завершающей стадией технологического процесса получения сахарозы, глюкозы, соли и других кристаллических продуктов. Кристаллизацию, как правило, проводят из водных растворов. При понижении температуры или удалении части растворителя уменьшается растворимость твердого вещества. Раствор становится пересыщенным, и твердое вещество выпадает из раствора в осадок.
Модифицирующее вещество для пропитки древесины, придающее огнестойкость ...
... сохраняется на воздухе и под водой. Применяют для создания ответственных конструкций ( ... абсолютно сухой древесины различных древесных пород, % Компонент ель Сосна- обыкно- венная Пихта ... пожаров горят в основном твердые вещества, которые широко используются в ... модифицирующих добавок. 1. Технологический раздел 1.1 Информационный анализ Форма ... и долговечностью. Вместе с тем, древесина способна впитывать и ...
Во всех перечисленных выше процессах общим является переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую.
Процесс перехода вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия называют массопередачей.
Перенос вещества внутри фазы — из фазы к границе раздела фаз или наоборот – от границы раздела в фазу — называют массоотдачей (по аналогии с процессом переноса теплоты внутри фазы — теплоотдачей).
Процессы массопередачи обычно обратимы. Причем направление перехода вещества определяется концентрациями вещества в фазах и условиями равновесия.
Массообменные или диффузионные процессы связаны с переходом компонентов из одной фазы в другую с целью их разделения.
Все массообменные процессы обладают рядом общих признаков.
- Они применяются для разделения смесей.
- В любом процессе участвуют, по крайней мере, две фазы: жидкая и паровая (перегонка и ректификация), жидкая и газовая (абсорбция), твердая и парогазовая (адсорбция), твердая и жидкая (адсорбция, экстракция), две жидких (экстракция).
- Переход вещества из одной фазы в другую осуществляется за счет диффузии.
- Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций или градиент концентраций. Процесс протекает в направлении той фазы, в которой концентрация компонента меньше.
- Перенос вещества из одной фазы в другую происходит через границу раздела фаз, на которой предполагается состояние равновесия фаз.
- Диффузионные процессы обратимы, т.е. направление процесса определяется законами фазового равновесия.
- Переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия.
Состояние равновесия следует понимать так, что обмен между фазами не прекращается, однако скорости перехода компонентов из одной фазы в другую выравниваются.
- Движущая сила массообменных процессов
Движущей силой массообменных процессов является разность между рабочей и равновесной концентрациями или наоборот. Это зависит от того, какая из указанных концентраций больше.
Движущей силой процесса переноса любого компонента из одной фазы в другую является разность химических потенциалов этого компонента во взаимодействующих фазах. Перемещение компонента происходит в направлении уменьшения его химического потенциала. Поскольку химические потенциалы компонентов неидеальных смесей являются сложными функциями состава, при анализе процессов массопередачи обычно рассматривают изменение не химических потенциалов, а концентраций компонентов. Это объясняется тем, что концентрации компонентов поддаются непосредственному определению и чаще всего рассматриваются как параметры состояния двух- и многокомпонентных систем.
Загрязняющие вещества атмосферного воздуха и их влияние на морфофизиологические ...
... всем живым организмам для дыхания, а другой компонент воздуха - углекислый газ – обеспечивает воздушное питание зеленых растений – фотосинтез (Акимова, Хаскин, 2001). Временное ... растения справлялись с определенной массой загрязняющих веществ (в процессе фотосинтеза, накапливания углерода и других вредных элементов), то сейчас разница между загрязнением и очисткой несопоставимо выше. Растения ...
В массообмене участвуют в большинстве случаев три вещества: распределяющее вещество (G), составляющее первую фазу; распределяющее вещество (L), составляющее вторую фазу; распределяемое вещество (М), которое переходит из одной фазы в другую. Поскольку все рассматриваемые массообменные процессы обратимы, распределяемое вещество может переходить из фазы G в фазу L, и наоборот, в зависимости от концентрации этого вещества в распределяющих системах. В качестве движущей силы процесса массопереноса компонента i из объема фазы к границе раздела или в обратном направлении принимается разность концентраций этого компонента на границе раздела фаз и в объеме рассматриваемой фазы. Так при десорбции, если концентрация компонента i в отдающей фазе равна xi, а в принимающей yi и на границе раздела фаз концентрации соответственно равны xi* и уi*, то движущая сила процесса переноса в отдающей фазе будет равна xi — xi*, а в принимающей уi* — y. Согласно правилу линейности, поток вещества можно представить так:
Gi= βx(x-xi*) = βy(yi *- yi ) , (1)
где βx и βy — коэффициенты массоотдачи, характеризующие кинетику переноса соответственно в отдающей и принимающей фазах.
Как следует из этого уравнения, поток любого компонента в отдающей и принимающей фазах одинаков. Коэффициенты массоотдачи определяют перенос рассматриваемого вещества в одной из фаз через единицу поверхности поперечного сечения при движущей силе, равной единице.
Количество вещества, переносимое за время τ через единицу поверхности контакта фаз F, определяется выражениями:
