Massa almashuv jarayonlarining tasnifi.
Boshlang'ich va yakuniy mahsulotlar almashinuvi bo'lgan massa uzatish jarayonlari kichik konsentratsiyalarda xom ashyo tarkibida bo'lgan boshqariladigan shaklda mahsulotlarni olish uchun tashkil etiladi. Bu jarayonlar massa uzatish apparatlarida amalga oshiriladi.
Massa almashinish jarayonlari uchta asosiy xususiyatga ko'ra tasniflanadi: moddaning agregatsiya holati, fazaviy aloqa usuli va ularning o'zaro ta'siri.
Shakl (1)dagi aloqa fazalarining agregatsiya holatiga ko'ra massa o'tkazish jarayonlarining tasnifi.
Siz ikkita mumkin bo'lgan uchta fazaning olti xil kombinatsiyasini tasavvur qilishingiz mumkin: gaz - suyuq, gaz - qattiq, suyuq - suyuq, suyuq - qattiq, gaz - gaz, qattiq - qattiq. Oxirgi ikkita kombinatsiya massa uzatish qurilmalarida deyarli qo'llanilmaydi.
Ikki ajraladigan komponent bir vaqtning o'zida gazsimon va tarkibida mavjud bo'lganda
suyuq fazalar, ularni ajratish distillash (distillash) va rektifikatsiya jarayonlarida mumkin.
Distillash (distillash) - suyuq aralashmalarni tarkibi jihatidan farq qiluvchi fraksiyalarga ajratish.
Rektifikatsiya - bu bir necha komponentlardan tashkil topgan suyuq aralashmalarni ajratish usuli.Rektifikatsiya suyuqlikni qayta-qayta bug'lanishi va uning bug'larini kondensatsiya qilish yoki aralashmaning bir marta bug'lanishidan so'ng komponentlarning ko'p bosqichli kondensatsiyasiga asoslangan.Rektifikatsiya, masalan, qo'llaniladi. , alkogol sanoatida rektifikatsiya qilingan spirtni olish uchun. Shunday qilib, agar etil spirtining suvdagi eritmasi qisman bug'langan bo'lsa, u holda bug 'fazasidagi spirtning kontsentratsiyasi qolgan suyuqlikdagidan va dastlabki eritmadagidan ko'proq bo'ladi. Agar shundan keyin bug 'kondensatsiyalansa, unda turli konsentratsiyali spirt bo'lgan ikkita suyuqlik olinadi. Ushbu jarayonni takrorlash spirtli ichimliklarning yuqori va yuqori konsentratsiyasini ta'minlashi mumkin, ya'ni. komponentlarning ajralish darajasi har qachongidan ham yuqori.

(1-rasm) Ishchi organlarning yig'ilish holatiga ko'ra massa uzatish jarayonlarining tasnifi: G-gaz; Zh - suyuqlik; TV.t - qattiq tana.

Komponent bir-birida erimaydigan fazalarning har birida eriydigan bo'lsa, komponentning gazsimon fazadan suyuq fazaga o'tish jarayoni yutilish (hajmli yutilish) deb ataladi va teskari jarayon. desorbsiya deyiladi. Masalan, ammiak va havo aralashmasi suv bilan aloqa qilsa, ammiakning bir qismi suvga o'tadi (suv ammiakni o'zlashtiradi) va havo undan qisman tozalanadi. Teskari jarayonda, ammiakning suvli eritmasi havo bilan aloqa qilganda, ammiakning bir qismi ikkinchisiga o'tadi - desorbsiya jarayoni sodir bo'ladi.
Komponentlardan birining fazadan fazaga o`tish jarayonida ulardan birida suyuqlik (eritma) miqdori kamaysa (ko`paysa), bu jarayon quritish (namlanish) deb ataladi.Masalan, sut issiq havo bilan aloqa qilganda, sutning bir qismining fazadan fazaga o`tishida suyuqlik (erituvchi) miqdori kamaysa (ko`paysa) suv havoga o'tadi. Shu bilan birga, sut quritiladi va havo namlanadi.
Suyuq fazadan o'tmasdan qattiq holatdan gazsimon holatga o'tish sublimatsiya deyiladi. Agar gaz ham, qattiq jism ham faqat g'ovaklarda va qattiq jism yuzasida joylashgan suyuqlikning tashuvchisi bo'lsa, issiqlik berilganda uning bug'ga o'tishi quritish yoki muzlatish bilan quritish deb ataladi. Xususan, sabzavotlarda suyuqlik yoki bug 'holatidagi namlik sirtga o'tkaziladi va keyin u sirtdan chiqariladi, ya'ni. odatdagi quritish jarayoni. Teskari jarayon - aralashmaning tarkibiy qismlarining gazsimon fazadan qattiq holatga o'tishi - adsorbsiya jarayoni (sirt yutilishi) yoki ion almashinuvi jarayoni deb ataladi.Adsorbsiyaga misol sifatida suv bug'ining zarrachalarini kiritish mumkin. uning havo bilan aralashmasidan silika gel granulalariga va ularning teshiklarida saqlanishi; havo quritilgan paytda.
Agar gaz fazasi adsorbent tomonidan turli darajada adsorbsiyalangan bir nechta komponentlarning aralashmasi bo'lsa, aralashmani fraksiyonel adsorbsiya bilan ajratish mumkin.
Suyuq-suyuqlik tizimida ajratishda bir-birida erimaydigan ikkita suyuqlik aloqa qiladi, ularning har biri ajratilgan komponentni turli darajada eritadi. Misol: etil spirti va izobutanolni ularning aralashmasini suv bilan aloqa qilish orqali ajratish. Bunday holda, izobutanol faol ravishda suvga o'tadi. Agar bundan keyin izobutanolning suvli eritmasi uning etil spirti bilan aralashmasidan ajratilsa, unda izobutanol miqdori sezilarli darajada kamayadi, u holda bu jarayonni ajratilgan izobutanol va spirt aralashmasining toza suv va izobutanol bilan yangi aloqasi bilan takrorlash mumkin. undan yuqori konsentratsiyani olish mumkin. Bu jarayon suyuqlik ekstraktsiyasi deb ataladi.
Ayniqsa, sof moddalar fraksion kristallanish jarayonlarida olinadi. Eritmadan tushib ketgan va asl eritmadan kamroq miqdorda ifloslantiruvchi moddalarga ega bo'lgan kristallar eriydi. toza erituvchi va eritmadan yana kristallanadi. Bunday holda, ifloslantiruvchi moddalarning bir qismi yana ajratiladi.
Suyuq-qattiq sistemada ikkala faza ham neytral moddalar bo'lib, ajratilgan komponent qattiq jismdan suyuqlikka o'tsa, ajratish jarayoni qattiq sistemada ekstraktsiya deb ataladi. tana suyuqligi. Bu jarayonning misoli sharbatning lavlagidan suvga o'tishidir.
Moddaning suyuq fazadan qattiq jism yuzasiga oʻtishining teskari jarayoni adsorbsiya va boshqa almashinish jarayonlarida, hajm boʻyicha esa teskari ekstraksiya jarayonlarida sodir boʻladi.Adsorbsiyaga misol sifatida suvni tozalashni keltirish mumkin. bu aralashmalarni adsorbsiya qiluvchi faollashtirilgan uglerodli nozuldan o'tkazilganda aralashmalardan. Orqa ekstraktsiyaga misol go'sht yoki baliqni tuzlash bo'ladi.
Fazaviy aloqa usuliga ko'ra, massa almashinish jarayonlari to'g'ridan-to'g'ri fazali aloqa, membranalar orqali va ko'rinadigan faza chegarasi bo'lmagan jarayonlarga bo'linadi.Agar fazalar orasiga membranalar o'rnatilgan bo'lsa, u holda ajratish jarayoni membrana texnologiyalari sohasiga kiradi.
Fazalarning o'zaro ta'sirining tabiatiga ko'ra, massa uzatish jarayonlari va apparatlari davriy va uzluksiz bo'linadi. Bundan tashqari uzluksiz jarayonlarda komponentlarning to‘g‘ridan-to‘g‘ri, qarama-qarshi oqimlari, o‘zaro oqimlari va qo‘shma harakatlarini tashkil qilish mumkin.Jarayonning o‘ziga xos tashkil etilishiga qarab, jarayonda ishtirok etuvchi moddalar konsentratsiyasining turli xil o‘zgarishlari bo‘ylab sodir bo‘ladi. apparat uzunligi va vaqtida mumkin. Ularning xilma-xilligi jarayonlarni birlashtirish orqali ortadi.

Massa o'tkazish apparati hisoblari
Massa uzatish apparatlarining muhandislik hisoblarida fenomenologik bog'liqliklardan foydalaniladi. Ular orasidagi bog'lanishning empirik koeffitsientlaridan keng foydalaniladi harakatlantiruvchi kuch hodisalarning fizik yoki kimyoviy mohiyatiga chuqur kirmasdan jarayon va unga reaktsiyalar. Massa almashish jarayonlarining harakatlantiruvchi kuchi kontsentratsiyalar farqidir.
Eritmaning (aralashmaning) konsentratsiyasi. Eritmadagi berilgan komponentning nisbiy miqdori uning konsentratsiyasi deyiladi. Erigan moddaning konsentratsiyasi yuqori bo'lgan eritmalar konsentrlangan, past konsentratsiyali eritmalar suyultirilgan deb ataladi.
Konsentratsiyani ifodalashning quyidagi usullari eng ko'p qo'llaniladi:
Massa - eritmaning 100 massa birligidagi erigan moddaning massa birliklari soni. Masalan, 15% natriy xlorid eritmasi eritma bo'lib, uning 100 g tarkibida 15 g natriy xlorid va 85 g suv mavjud;
volumetrik molyar - eritma hajmining birligiga to'g'ri keladigan erigan moddaning mollari soni;
massa molyar - 1000 g erituvchida erigan moddaning mollari soni;
nisbiy mol (mol ulushi) - ko'rib chiqilayotgan moddaning mollari sonining eritmadagi barcha moddalar mollarining umumiy soniga nisbati.
Massani uzatish jarayoni tizimdagi muvozanat konsentratsiyasiga erishilishi bilanoq to'xtaydi.
Faza balansi.Masa almashinish apparatida jarayonlar muvozanatining asosiy sharti fazalar muvozanatidir. Moddalarning holati muvozanatdan chetga chiqqanda, masalan, termodinamik parametrlarning o'zgarishi natijasida muvozanatni tiklashning vaqtinchalik jarayoni amalga oshiriladi (Le Shatelye printsipi).
Muvozanat holati kirish qismida ko'rib chiqilgan Gibbs fazasi qoidasiga bo'ysunadi, unga ko'ra, tashqi omillar ta'sirida faqat harorat va bosim ta'sir qiladigan muvozanat termodinamik tizimining erkinlik darajalari S soni K komponentlar soni minusga teng bo'ladi. Fazalar soni F plus ikkita:
S=K-F +2.
Erkinlik darajalari soni, ma'lumki, termodinamik muvozanat bo'lishi mumkin bo'lgan har qanday qiymatlar uchun mustaqil o'zgaruvchilar (harorat, bosim, kontsentratsiya) soni. Masalan, faqat suv bug'idan tashkil topgan tizimda (komponentlar soni K = 1, F = 1), bizda S = 1-1 + 2 = 2. Ushbu tizimning ikkita parametri, masalan, harorat va bosim, muvozanatni buzmasdan, ya'ni yangi faza hosil bo'lmasdan, keng diapazonda o'zgarishi mumkin. Agar xuddi shu tizimda yangi faza - suyuqlik paydo bo'lsa, u holda fazalar soni F=2 ga, keyin esa S=1-2+2=1 ga teng bo'ladi. Bu tizimda muvozanat holatida faqat bitta parametr, masalan, harorat mustaqil ravishda o'zgarishi mumkin. Keyin bosim belgilangan haroratga mos keladigan darajada o'rnatiladi. Bu suyuqlikdan bug'ning qo'shimcha bug'lanishi yoki bug'ning bir qismining kondensatsiyasi natijasida sodir bo'ladi.Bunday tizim nam deb ataladi. to'yingan bug '. Agar xuddi shu sistemada uchinchi faza - qattiq jism (muz) paydo bo'lsa, u holda F=3, S=0 bo'ladi.Bu holda sistema barcha erkinlikdan mahrum bo'ladi, ya'ni uni faqat bitta qat'iy belgilangan qiymatda amalga oshirish mumkin. bosim va harorat - mos keladigan kritik parametrlarda uch nuqta suv bug'ining holati diagrammasida.
Ko'p komponentli tizimlarda harorat va bosimdan tashqari, komponentlarning konsentratsiyasi o'zgaradi. Suv - spirtning ikkilik aralashmasi uchun bizda K=2, S=2-2=2, ya'ni. muvozanat shartlari ikkita parametrning o'zboshimchalik bilan o'zgarishi bilan amalga oshirilishi mumkin. Atmosfera bosimida bu parametrlar harorat va bir yoki ikkita komponentning kontsentratsiyasi yoki tarkibiy qismlardan birining bosimi va kontsentratsiyasi bo'lishi mumkin. Ikkilik tizimning muvozanat holatlari aralashmaning bosimi va harorati bog'liq parametrlar bo'lganda, bir komponent kontsentratsiyasining boshqasining kontsentratsiyasiga bog'liqligi sifatida, shuningdek, birining konsentratsiyasi va konsentratsiyasiga bog'liqlik sifatida taqdim etiladi. u bilan bog'liq boshqa komponent, ixtiyoriy haroratda.
Izobar diagrammasi koordinatalarda ikkita egri chiziqqa ega - qaynash egri chizig'i va kondensatsiya egri chizig'i. Undagi izoterm qaynab turgan suyuqlik konsentratsiyasiga va kompozitsiyaning bug'idan kondensat konsentratsiyasiga mos keladi. Bug 'va suyuqlik fazalarining miqdori segmentlar nisbatiga teskari proportsionaldir. Diagrammadagi nuqta mos keladi haddan tashqari qizdirilgan bug ' harorat tarkibi.
Materiallar balansi tenglamalari. Ishchi chiziq tenglamasi.
Vertikal ravishda o'rnatiladigan va komponentlarning ikki fazasi bir-biriga qarab harakatlanadigan H balandligi bo'lgan qarama-qarshi oqim apparati misolida massa uzatish apparatidagi moddiy muvozanatni ko'rib chiqaylik.
Yuqoridan ikkinchi komponent C 2H ning dastlabki konsentratsiyasi bo'lgan m 2H kg / s suyuqlik apparatga kiradi va pastdan C 2K yakuniy konsentratsiyasi bo'lgan m 2H kg / s suyuqlik chiqariladi. Pastdan C 1H birinchi komponentining dastlabki konsentratsiyasi bo'lgan m 1H kg / s gaz kiradi va yuqoridan C 1K yakuniy konsentratsiyasi bo'lgan m 1K kg / s gaz chiqariladi.
Statsionar sharoitda yo'qotishlarni e'tiborsiz qoldirib, biz moddiy balanslar tenglamalarini yozishimiz mumkin:
m 2H + m 1H = m 2K + m 1K;
m 2H C 2H + m 1H C 1H = m 2K C 2K + m 1K C 1K.
m 2 C 2 + m 1H C 1H = m 2K C 2K + m 1 C 1.
Oxirgi tenglama jarayonning ishchi chizig'i tenglamasi deb ataladi. U apparatning barcha bo'limlarida kerakli komponentning kontsentratsiyasi o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi. Bu qiyalikli to'g'ri chiziqning tenglamasi
m 2 / m 1.
Ishchi chiziq tenglamasi AB to'g'ri chiziq shaklida ko'rsatilgan va gazsimon fazadan suyuqlikka va suyuqlikdan gaz holatiga o'tish jarayonlari uchun muvozanat chiziqlari mos ravishda 0 (E) G - F va 0 (E) F ga teng. - G. Ishchi va muvozanat chiziqlarining nisbiy joylashishiga ko'ra moddaning o'tish yo'nalishi bo'yicha hukm qilish mumkin. Agar ishchi chiziq muvozanat chizig'idan yuqori bo'lsa, u holda gazdagi birinchi komponentning konsentratsiyasi muvozanatdan yuqori, suyuqlikda esa muvozanatdan past bo'ladi, ya'ni C 11> (C 11 *) g - f; 21 dan< (С 21 *) г _ ж.
Bunday holda, komponent gazsimon fazadan suyuqlikka o'tadi.

Massa uzatish koeffitsienti. Massa almashish jarayonida harakatlantiruvchi kuch oqimning yadrosidagi va o'zgaruvchan tokning fazalar chegarasidagi kontsentratsiyalar farqi, tizimning reaktsiyasi esa uzatilgan moddaning massa oqimidir. Ularning fenomenologik qaramlikdagi munosabati quyidagicha ifodalanadi:
DM =? C.

Qayerda? - doimiy.
Qurilmalarni doimiydan hisoblashda? qurilmaning o'zini tavsiflovchi omilni ajrating. Bu massa o'tkazuvchanlik yuzasi F. Keyin biz quyidagilarga ega bo'lamiz:

DM=? C? F; ? F=?.
Doimiymi? massa uzatish koeffitsienti deyiladi. Qand lavlagi ishlab chiqarishning diffuziya apparatlari uchun
? \u003d 1,5 - 10- 7 ... 8,5 10- 6 m / s.

Mezonlarga bog'liqlik.
Diffuziya jarayonlaridagi Prandtl mezoni ulardagi tezlik va kontsentratsiya profillari o'rtasidagi farqni tavsiflaydi, bu konsentratsiyani bo'shatish jarayonlari apparatlarda oqim tezligini o'rnatish jarayonlarida yo'qligi sababli paydo bo'ladi. 5 kechikish juda muhim bo'lishi mumkin. Kritik massa uzatish tenglamalarining o'ziga xos turlari (misol sifatida keltirilgan):

Nu D \u003d 3,8- 10 -4 Re l, 38 Pr D
o'simlik materiallarining zarralaridan massa uzatish koeffitsientini hisoblash;
0,0066 Re Pr 0,5
Re W = 4...80 da plyonkali sug'orilgan ustunda massa uzatish koeffitsientini hisoblash.

TRANSFER BIRLIKLARI SONI
Birinchi fazaning olinadigan komponentini ikkinchisiga o'tkazish jarayonini ko'rib chiqing.Fazalar C konsentratsiyasida indeksning birinchi raqami bilan ko'rsatiladi. A nuqtasiga mos keladigan apparatga kirishda, moddaning konsentratsiyasi. birinchi bosqich - C 1n.
Grafikda C 1 =f(C 2) tenglama bo'lgan AB chizig'i jarayonning ishchi chizig'idir. Jarayonning ishchi chizig'i apparatning istalgan bo'limida jarayonni hisoblash uchun ishlatiladigan komponentning kontsentratsiyasi o'rtasidagi munosabatni o'rnatadi.
Egri C 1 \u003d f (C 2) muvozanat chizig'i bo'lib, birinchi fazadagi har qanday komponentning har bir kontsentratsiyasining muvozanat holati (masalan, gaz fazasidagi spirt) bir xil komponentning qat'iy belgilangan kontsentratsiyasiga to'g'ri keladi. 2-faza (masalan, ikkinchi suyuq fazadagi spirt). Har bir harorat va bosim o'z muvozanat egri chizig'iga ega.
Agar apparatga kiradigan birinchi faza birinchi bosqichda 2-bosqich chekinish bilan muvozanatga keladi deb faraz qilsak, birinchi fazaning konsentratsiyasi C 12 ga teng bo'ladi.
va hokazo.................

Oqim tezligi moddaning bir fazadan ikkinchisiga o'tish tezligi bilan belgilanadigan texnologik jarayonlarga massa uzatish deyiladi, Bu jarayonlar sodir bo'ladigan apparatlar esa massa almashinadigan apparatlardir .

Kimyoviy va texnologik jarayonlar orasida massa uzatish jarayonlari alohida o'rin tutadi.

Kimyo sanoatining aksariyat ishlab chiqarish korxonalarida massa almashinish va reaksiya apparatlari quyidagi sxema bo'yicha ulanadi
(4.1-rasm).

Guruch. 4.1. Massa uzatish apparati bilan texnologik jarayonning sxemasi

Xomashyo reaktorga kiradi, u erda qisman reaktsiya mahsulotlariga aylanadi, chunki kimyoviy reaksiyalar maqsadli mahsulotlarni olish uchun oxirigacha davom etmang. Reaktordan chiqqan, reaksiyada ishtirok etmaydigan reaksiya mahsulotlari va xom ashyo aralashmasi massani ajratish uskunasiga yuboriladi. Uskunada aralashma reaksiya mahsulotlariga va reaksiyaga kirishmagan xom ashyolarga ajratiladi, ular reaktorga qaytariladi va reaksiya mahsulotlari keyingi qayta ishlash uchun beriladi.

Bundan kelib chiqadiki, reaktsiya va ajratish apparatlari o'rtasida yaqin texnologik bog'liqlik mavjud. Ushbu ulanish qonuni: reaksiya apparatidagi yuk qanchalik past bo'lsa, ya'ni. xom ashyoning reaksiya mahsulotlariga aylanishi qanchalik past bo'lsa, ajratish apparatiga yuk shunchalik ko'p bo'ladi va aksincha.

Reaksiya va ajratish apparatlaridagi yuklarning optimal kombinatsiyasi ishlab chiqarishning minimal xarajatlarini ta'minlaydi. Shuning uchun kimyoviy ishlab chiqarishning asosi - reaktor - faqat optimal ishlaydigan ajratish apparati bilan birgalikda optimal ishlaydi. Shu munosabat bilan kimyo sanoatida massa almashinish apparatining ishlashi reaktorning o'zi ishlashidan kam emas.

Ajratish apparatida turli jarayonlar amalga oshirilishi mumkin. Ularning asosiy va eng muhimlari yutilish, rektifikatsiya, ekstraktsiya, kristallanish, adsorbsiya, quritish, ion almashish jarayonlari va membranani ajratish.

Absorbtsiya suyuq changni yutish moddalar - adsorbentlar tomonidan gazlar yoki bug'larning tanlab yutilishiga asoslangan ajratish jarayonidir. Bu jarayon gazlar aralashmasidan har qanday modda yoki moddalar majmuasini ajratib olish zarur bo'lgan ko'plab sohalarda qo'llaniladi. Absorbsiya jarayonida modda yoki moddalar guruhining gaz (bug ') fazasidan suyuqlikka o'tishi desorbsiya.

tuzatish ega bo'lgan suyuqliklar aralashmasini ajratish jarayoni deb ataladi har xil haroratlar bug 'va suyuqlik oqimlarining qarama-qarshi harakati natijasida sof yoki boyitilgan komponentlarga, tegishli bosimda qaynash. Jarayon bor katta ahamiyatga ega suyuq bir hil aralashmalarni sof tarkibiy qismlarga yoki ularning guruhlariga qisman yoki to'liq ajratishni talab qiladigan sanoat tarmoqlarida. Tuzatish jarayonida, modda yoki moddalar guruhining suyuq fazadan bug 'fazasiga o'tishi va aksincha.

Ekstraksiya Ajratish jarayoni bir suyuqlikda erigan modda yoki moddalar guruhini birinchisi bilan aralashmaydigan yoki qisman aralashadigan boshqa suyuqlik bilan ajratib olishga asoslangan ajratish jarayoni deb ataladi. Jarayon eritmadan erigan modda yoki moddalar guruhini ajratib olish kerak bo'lganda qo'llaniladi. Bu jarayonda mavjud moddaning bir suyuq fazadan ikkinchi suyuq fazaga o'tishi.

Adsorbsiya gazlar, bug'lar yoki suyuqliklarda erigan moddalarni qattiq g'ovakli absorber - ularning aralashmasidan bir yoki bir nechta moddalarni o'zlashtira oladigan adsorbent tomonidan tanlab yutilishiga asoslangan ajratish jarayoni . Jarayon gazlar, bug'lar yoki erigan moddalar aralashmasidan u yoki bu moddani olish zarur bo'lgan sohalarda qo'llaniladi. Bu jarayonda moddalar gaz yoki suyuq fazadan qattiq holatga o'tadi. Teskari jarayon deyiladi desorbsiya.

Ion almashinuvi jarayoni ba'zilarning qobiliyatiga asoslanib, eritmadan moddani ajratib olish jarayonidir qattiq moddalar(ion almashinuvchilar) o'zlarining harakatchan ionlarini olingan moddaning ionlariga almashtirish uchun. Jarayon eritmalardan moddalarni ajratib olish uchun ishlatiladi. , past konsentratsiyaga ega. Bu jarayonda moddalar suyuq fazadan qattiq holatga o'tadi.

quritish qattiq nam materiallardan namlikni bug'lantirish orqali olib tashlash jarayoni deb ataladi. Jarayon ho'l tabiiy moddalarni qayta ishlashdan oldin suvsizlanishi kerak bo'lgan yoki ishlab chiqarishning oxirgi bosqichida tayyor moddalar uchun zarurdir. Bu jarayonda mavjud namlikning qattiq nam materialdan bug 'yoki gaz fazasiga o'tishi.

Kristallanish qattiq faza (kristallar) shaklidagi moddani suyuq fazadan ajratishga asoslangan ajralish jarayoni deb ataladi. Jarayon yuqori tozalikdagi moddalarni olish kerak bo'lgan hollarda sodir bo'ladi. Bu jarayonda mavjud moddaning suyuq fazadan qattiq fazaga o'tishi. Teskari jarayon - erishi.

Membranani ajratish ma'lum yupqa plyonkalarning (yarim o'tkazuvchan membranalar) ba'zi moddalarni o'tkazish va boshqalarni ushlab turish qobiliyatiga asoslanadi. Bu jarayonda moddalar asl suyuqlik yoki gazdan yarim o'tkazuvchan membrana orqali o'tadi membrananing orqasidagi suyuqlik yoki gaz fazasiga.

Oqim tezligi moddaning (massaning) bir fazadan ikkinchi fazaga o'tish tezligi bilan belgilanadigan texnologik jarayonlar massa uzatish, bu jarayonlarni amalga oshirish uchun apparatlar esa massa o'tkazuvchi apparatlar deb ataladi.

Massa almashuv jarayonlarining tasnifi

Oziq-ovqat texnologiyasida asosan quyidagi massa almashinish jarayonlari qo'llaniladi: gaz (bug ') va suyuqlik, gaz va qattiq, shuningdek, ikkita suyuq faza o'rtasida.

Tuzatish– bug 'va suyuqlik oqimlarining qarama-qarshi oqimdagi o'zaro ta'siri natijasida turli uchuvchanlikka ega bo'lgan tarkibiy qismlardan tashkil topgan suyuqlik aralashmasini sof yoki boyitilgan komponentlarga ajratish. Rektifikatsiya etil spirtini ishlab chiqarishda va efir moylarini ajratishda qo'llaniladi. Distillash va rektifikatsiya jarayonida ba'zi moddalar suyuqlikdan bug'ga, boshqalari bug'dan suyuqlikka o'tadi.

Absorbtsiya- gazlar yoki bug'larning suyuq changni yutish moddalari tomonidan tanlab yutilishi - absorbentlar.

Jarayon gazlangan suvlar, pivo va sharobning ba'zi navlarini ishlab chiqarishda, fermentatsiyani oldini olish uchun uzum sho'r va sharbatini sulfatlashda, erimaydigan kaltsiy karbonat hosil bo'lishi bilan lavlagi sharbatini to'yintirishda qo'llaniladi.

Adsorbsiya- gazlar, bug'lar yoki suyuqliklarda erigan moddalarning qattiq absorber - adsorbent yuzasi tomonidan tanlab yutilishi.

Jarayon sharobni tiniqlash, suv-spirtli eritmalarni bo'yoqlardan va boshqa aralashmalardan tozalash, shakar ishlab chiqarishda sharbatlar va siroplarni rangsizlantirish uchun ishlatiladi.

Teskari jarayon - desorbsiya- adsorbsiyadan keyin amalga oshiriladi va ko'pincha absorberdan so'rilgan moddani qayta tiklash uchun ishlatiladi.

Quritish- bug'lanish yo'li bilan nam materiallardan namlikni olib tashlash. Bu jarayon oziq-ovqat sanoatining barcha tarmoqlarida qo'llaniladi, bu erda nam tabiiy moddalarni qayta ishlashdan oldin ularni suvsizlantirish yoki tayyor mahsulotni suvsizlantirish kerak. Quritish jarayonida namlik bug 'yoki gazga aylanadi.

Kristallanish- eritmalar yoki eritmalardan kristallar ko'rinishidagi qattiq fazani ajratish jarayoni.

Jarayon shakar va kristalli glyukoza, limon kislotasi, natriy glyukanat ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Kristallanish jarayonida modda kristall yuzasiga o'tadi va undan o'tadi suyuqlik holati kristallikka aylanadi. Teskari jarayon - qattiq kristall fazaning eritmaga o'tishi eritma deyiladi.

Asosiy tushunchalar

Bir moddaning (yoki bir nechta moddalarning) muvozanatga erishish yo'nalishi bo'yicha chegarasi orqali bir fazadan ikkinchisiga o'tishi deyiladi. ommaviy uzatish, yoki ommaviy uzatish.

Moddaning fazadan faza chegarasiga yoki ga o'tishi teskari yo'nalish, ya'ni bir faza ichida, deyiladi ommaviy uzatish.

Ko'p hollarda massa almashinuvida uchta modda ishtirok etadi: birinchi fazani tashkil etuvchi tarqatuvchi modda (yoki moddalar); ikkinchi bosqichni tashkil etuvchi tarqatuvchi agent (yoki agentlar); bir fazadan ikkinchisiga o'tadigan taqsimlanadigan modda (yoki moddalar).

Birinchi bosqichni chaqiramiz G (gaz fazasi) , ikkinchi L (suyuq faza) , va tarqalgan modda M. Barcha ko'rib chiqilgan massa almashish jarayonlari teskari bo'lganligi sababli, tarqalgan modda fazadan o'tishi mumkin G ichida L va aksincha, bu moddaning tarqatuvchi fazalardagi konsentratsiyasiga qarab.

Faraz qilaylik, taqsimlanadigan modda dastlab faqat fazada G va konsentratsiyaga ega. Fazada L boshlang'ich momentda taqsimlangan modda yo'q va shuning uchun uning ushbu bosqichdagi kontsentratsiyasi = 0.

Agar taqsimlovchi fazalar aloqaga kirsa, tarqalgan moddaning fazadan o'tishi G bosqichda L, va ikkinchisida taqsimlangan moddaning ma'lum bir konsentratsiyasi topiladi > 0. Materiya paydo bo'lganidan beri M bosqichda L boshlanadi va uning fazaga teskari o'tishi G, lekin ma'lum bir daqiqagacha zarrachalar soni M, fazadan kontakt yuzasining birligi orqali vaqt birligiga o'tish G bosqichda L, fazadan o'tadigan zarralar sonidan kattaroq L ichida G; jarayonning yakuniy natijasi o'tishdir M fazadan tashqarida G bosqichda L.

Muayyan vaqtdan so'ng, taqsimlangan moddaning fazadan o'tish tezligi G bosqichda L va aksincha bir xil bo'ladi. Bunday davlat deyiladi muvozanat . Muvozanat holatida, har bir aniq holatda, taqsimlangan moddaning kontsentratsiyasi o'rtasida qat'iy belgilangan bog'liqlik mavjud bo'lib, ular tizim muvozanatida deyiladi. muvozanatli . Muvozanat kontsentratsiyasi jarayonning oqim tezligini aniqlash uchun juda muhimdir.

1-sahifa

Ommaviy uzatish jarayonlari oqimlarning o'zaro ta'siridan sezilarli darajada o'zgarib turadigan erkin faza interfeysi bilan tavsiflanadi - jarayonlarning stokastik tabiati. Stokastik komponentni hisobga olish apparatning geometrik parametrlariga ta'sir qiluvchi aloqa zonasining uzunligi bo'ylab komponentlar kontsentratsiyasining taqsimlanishini aniqlash imkonini beradi.

Ikki fazali gaz-suyuqlik tizimlarida massa uzatish jarayonlari neft va gaz sanoatida keng qo'llaniladi. Bunday jarayonlar neft va kondensatni ajratish va barqarorlashtirish, absorbsion gazni tozalash va glikollarni qayta tiklashdir. Statsionar modellar ushbu jarayonlarning soddalashtirilgan versiyasi ushbu paragrafda muhokama qilinadigan yagona kontseptsiya diagrammasi bo'yicha qurilgan.

Ommaviy uzatish jarayonlari (rektifikatsiya, assimilyatsiya, ekstraktsiya va boshqalar) energiya va metallni ko'p talab qiladigan jarayonlar qatoriga kiradi: energiyaning 50% dan ortig'i ularni amalga oshirishga sarflanadi, texnologik liniya uskunalari umumiy massasining taxminan 15%. ustun apparati.

Ommaviy uzatish jarayonlari, qoida tariqasida, ushbu qurilmalardan tashqarida qurilmalarning aloqalarida amalga oshiriladi va o'z-o'zidan davom etadi va ularning samaradorligi emulsiya harakatining tasodifiy parametrlari bilan belgilanadi. Bunday sharoitda rearl-thiottymt bronngtyupshmp chig'anoqlari bo'lgan sezilarli miqdordagi tomchilar cho'ktirish apparatiga kirib, uning ishlash samaradorligini oshiradi.

Ommaviy uzatish jarayonlari - eritma, kristallanish, quritish, distillash, rektifikatsiya, yutilish, ekstraktsiya, desorbsiya, bu moddaning kontsentratsiyasining gradienti tufayli yuzaga keladigan va o'zgarmasdan davom etadigan faza ichida yoki fazalar orasida o'tishidir. kimyoviy tarkibi. Buning uchun xizmat qiling: kristalizatorlar, quritgichlar, distillyatorlar, rektifikatorlar, absorberlar, ekstraktorlar, desorberlar.

Moddalarni tozalash va aralashmalarni ajratish uchun keng qo'llaniladigan massa uzatish jarayonlari juda xilma-xildir. Ular farq qiladi agregatsiya holati o'zaro ta'sir qiluvchi fazalar, ularning apparatdagi harakatining tabiati, parallel issiqlik uzatish jarayonlarining mavjudligi. Amalda qo'llaniladigan massa uzatish moslamalarining xilma-xilligining sababi shu. Ma'lum darajada, ularni hisoblash usullari ham farq qiladi. Ushbu bobda eng keng tarqalgan massa uzatish jarayonlari ko'rib chiqiladi: qarshi oqim ustunlarida yutilish, desorbsiya va suyuqlik ekstraktsiyasi, ikkilik va ko'p komponentli tizimlarni uzluksiz distillash, davriy adsorbsiya va sorbentning qattiq qatlamli apparati.

Massa almashinish jarayonlari diffuziya natijasida moddaning bir fazadan ikkinchi fazaga o'tishi bilan bog'liq.

Massa uzatish jarayonlari ko'pincha mexanik va gidromexanik jarayonlar bilan birlashtiriladi. Masalan, qattiq mahsulotlarni to'liq yoki qisman fraksiyonel eritish maydalash bilan birlashtiriladi. Bunday kombinatsiya eritish jarayonini sezilarli darajada tezlashtiradi va fraksiyonel eritmada xom ashyodan maqsadli komponentlarni olish darajasini sezilarli darajada oshirishga imkon beradi.

Ommaviy uzatish jarayonlari, qoida tariqasida, ushbu qurilmalardan tashqarida qurilmalarning aloqalarida amalga oshiriladi va o'z-o'zidan davom etadi va ularning samaradorligi emulsiya harakatining tasodifiy parametrlari bilan belgilanadi. Bunday sharoitda, buzilmagan zirhli chig'anoqlari bo'lgan katta miqdordagi tomchilar joylashtirish uskunasiga kirib, uning samaradorligini pasaytiradi. Tomchi hosil qiluvchining massa almashinish qismi ma'lum o'lchamdagi tomchilar mavjud bo'lishiga imkon beradigan sharoitlarda qatlam suvi globulalari va demulsifikatsiya qiluvchi (ehtimoli 0 999 yoki undan ortiq) bo'lgan suv tomchilari o'rtasida samarali massa almashinuvini amalga oshirish uchun mo'ljallangan. oqimda.

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi

Davlat ta'lim muassasasi yuqoriroq

kasb-hunar ta'limi

"Volgograd shtati Texnika universiteti»

NAZORAT ISHI

fan bo'yicha: Jarayonlar va qurilmalar

Talaba Abramov Sergey Ivanovich

EZK-379k guruhi

Ish tekshirildi ________________________________

Volgograd 2012 yil

Savol raqami 1 Umumiy xususiyatlar va tasnifi massa uzatish jarayonlari

Savol No 30 Suyuqlik va gazning resirkulyatsiyasi bilan yutilish sxemasi

Adabiyotlar ro'yxati

1.Massa almashish jarayonlarining umumiy tavsifi va tasnifi

Massa almashinish jarayonlari - asosiy rolni materiyaning bir fazadan ikkinchisiga o'tkazish jarayoni o'ynaydi. Bu jarayonlarning harakatlantiruvchi kuchi farqdir kimyoviy potentsiallar. Boshqa har qanday jarayonda bo'lgani kabi, harakatlantiruvchi kuch massa almashinuvi tizimning dinamik muvozanat holatidan og'ish darajasini tavsiflaydi. Ushbu bosqichda modda yuqoriroq nuqtadan pastroq konsentratsiyali nuqtaga o'tkaziladi. Shuning uchun muhandislik hisob-kitoblarida harakatlantiruvchi kuch odatda konsentratsiyalar farqi bo'yicha taxminan ifodalanadi, bu esa massa o'tkazish jarayonlarini hisoblashni sezilarli darajada osonlashtiradi.

Ommaviy uzatish jarayonlari sanoatda keng qo'llaniladi:

suyuq va gazli bir hil aralashmalarni ajratish uchun;

ularni jamlash uchun

atrof-muhitni muhofaza qilish tabiiy muhit(birinchi navbatda tozalash uchun Chiqindi suvlari va gazlar).

Tasniflash va umumiy xususiyatlar. Quyidagi massa uzatish jarayonlari eng keng tarqalgan:

Absorbtsiya

Distillash va rektifikatsiya

Ekstraksiya (suyuqlik)

Adsorbsiya

Ion almashinuvi

Qattiq jismlardan eritish va ajratib olish

Kristallanish

Membran jarayonlari

Yuqorida sanab o'tilgan barcha jarayonlarda umumiy narsa moddaning (yoki moddalarning) bir fazadan ikkinchisiga o'tishidir.

Bir moddaning (yoki bir nechta moddalarning) muvozanatga erishish yo'nalishi bo'yicha bir fazadan ikkinchisiga o'tish jarayoni massa almashinuvi deyiladi.

Moddaning faza ichida - fazadan faza chegarasiga yoki aksincha - interfeysdan fazaga o'tishi - massa almashinuvi deb ataladi (faza ichidagi issiqlik uzatish jarayoniga o'xshash - issiqlik uzatish).

Ommaviy uzatish jarayonlari odatda teskari bo'ladi. Bundan tashqari, moddaning o'tish yo'nalishi moddaning fazalardagi kontsentratsiyasi va muvozanat sharoitlari bilan belgilanadi.

Massa almashish jarayonlarining asosiy kinetik tenglamasi kimyoviy va texnologik jarayonlarning umumiy kinetik qonuniyatlariga asoslangan massa almashinish tenglamasidir.

Jarayon tezligi [kg/(m2 c)] harakatlantiruvchi kuchga teng Δ, qarshilik R bo'yicha bo'linadi: dM / dF = Δ/ R, bu erda dM - vaqt birligida bir fazadan ikkinchisiga o'tgan moddaning miqdori; dF - fazali aloqa yuzasi.

1/R = K ni belgilab, asosiy massa almashinish tenglamasini olamiz dM =K Δ dF

K koeffitsienti - massa uzatish koeffitsienti (issiqlik uzatish jarayoniga o'xshash) moddani bir fazadan ikkinchisiga o'tkazish jarayonining tezligini tavsiflaydi.

Massa uzatish koeffitsientining o'lchami:

[K]= = [kg/s Δ· m2]

ya'ni K massa o'tkazuvchanlik koeffitsienti birlikka teng harakatlantiruvchi kuchga ega bo'lgan faza aloqa yuzasining birligi orqali vaqt birligida fazadan fazaga taqsimlangan moddaning qancha qismi o'tishini ko'rsatadi. Harakatlantiruvchi kuchning o'lchami Δ boshqacha bo'lishi mumkin va K ning o'lchami unga bog'liq.

Odatda, massa o'tkazish tenglamasi F fazaviy aloqa yuzasini aniqlash uchun ishlatiladi va bu sirtga asoslanib, massa o'tkazish apparati o'lchamlari.

M / (K Δ)

Massa almashinish jarayonlari quyidagilarga bo'linadi: erkin fazalar chegarasi bo'lgan tizimlarda massa almashinuvi (gaz-suyuqlik, bug'-suyuqlik, suyuqlik-suyuqlik); qattiq fazali aloqa yuzasiga ega bo'lgan tizimlarda massa almashinuvi (tizimlar gaz - qattiq, bug' - qattiq, suyuq - qattiq); yarim o'tkazuvchan qismlar (membranalar) orqali massa o'tkazish.

Erkin faza chegarasi bilan tavsiflangan jarayonlar texnologiyada keng qo'llaniladigan yutilish, desorbsiya, distillash va rektifikatsiya, suyuqlik ekstraktsiyasi kabi jarayonlarni o'z ichiga oladi. Ushbu jarayonlarda fazalar bilan aloqa chegarasi odatda harakatchan bo'lib, fazalar bilan aloqa yuzasining o'lchami gidrodinamik vaziyatga bog'liq bo'lib, bu erkin faza chegarasi bo'lgan tizimlarda massa uzatish mexanizmini qattiq fazali tizimlar uchun uzatish mexanizmidan sezilarli darajada ajratib turadi.

Erkin faza chegarasiga ega bo'lgan massa uzatish jarayonlari fazalarning massa almashinuvida ishtirok etish printsipiga ko'ra ikki guruhga bo'linadi.

I guruh - kamida 3 ta modda ishtirok etadigan jarayonlar: 1) Fu 1-fazasini tashkil etuvchi tarqatuvchi modda (yoki moddalar) (masalan, ammiak ammiak-havo aralashmasidan suv bilan so'rilsa, havo bevosita ishtirok etmaydi). ommaviy uzatishda); 2) 2-bosqich Fx (suv ichidagi suv) ni tashkil etuvchi tarqatuvchi vosita (yoki moddalar). bu misol); 3) bir fazadan ikkinchi fazaga o'tuvchi M taqsimlangan modda (yutilish, desorbsiya, ekstraktsiya jarayonlari).

Jarayonlarning I guruhi (distillash va rektifikatsiya) fazalarni tashkil etuvchi moddalar massa almashish jarayonlarida ishtirok etadigan va tarqalgan moddaning tashuvchisi sifatida qaralishi mumkin bo'lmagan jarayonlardir. Jarayonning yo'nalishi, uning harakatlantiruvchi kuchi ishchi va muvozanat konsentratsiyasining nisbatiga bog'liq.

Massa almashish jarayonlarida ishtirok etuvchi fazalarning kontsentratsiyasi turli o'lchamlarga ega bo'lishi mumkin (kg/kg, kmol/m3 va boshqalar). Odatda, fazalarning tarkibi massa yoki mol fraktsiyalarida, nisbiy yoki hajmli konsentratsiyalarda ifodalanadi.

No KonsentratsiyaA komponent konsentratsiyasining belgilanishi Suyuq fazada gaz (bug) fazada ), kg A/kg VXU5Hajm molyar konsentratsiyasi, kmol A/m3 (A+V)SxSu6Hajm massasi konsentratsiyasi, kg A/m3 (A) +V)SxSu

Muvozanatdagi fazalar tarkibi o'rtasidagi bog'liqlik:

y* = f(x)

bu erda y* - gaz (bug ') fazasidagi maqsadli komponentning muvozanatli nisbiy mol ulushi

Ushbu bog'liqlikning grafigi muvozanat chizig'idir.

y* = mr x, bu erda mr = y*/x - taqsimlash koeffitsienti

Tarqatish koeffitsienti - muvozanatdagi fazalar tarkibining nisbati. Tarqatish koeffitsienti -tg α- muvozanat chizig'ining qiyaligi tana=m R

Massa almashish jarayonlarining moddiy balanslari ularni amalga oshirish usuliga bog'liq. Fazalarning bir, uzluksiz va bosqichli o'zaro ta'sirini farqlang.

Uzluksiz massa uzatish apparatlarida jarayon uzluksiz fazaviy aloqa bilan sodir bo'lishi mumkin (masalan, plyonkali yutilish apparatlarida, ular asosan qobiqli issiqlik almashinuvchisi bo'lib, quvurlarning ichki yuzasi bo'ylab suyuqlik plyonkasi oqadi. , va gaz bu suyuqlik tomon harakat qiladi). Bunda fazalarda tarqalgan moddaning kontsentratsiyasi monoton ravishda o'zgaradi.

1-rasm. Qarama-qarshi oqim (a) va oldinga oqim (b) sharoitida fazalarning uzluksiz aloqasi bilan moddiy balansni tayyorlash to'g'risida.

Texnologiyada eng ko'p qo'llaniladigan uzluksiz qarshi oqim bilan (1-rasm, a) cheksiz kichik yo'lga ega bo'lgan apparatning ixtiyoriy qismi uchun moddiy balans quyidagi munosabatlar bilan ifodalanadi:

un> uk - gaz fazadagi komponentning mol ulushi

hk> xn - suyuqlik fazadagi komponentning mol ulushi

M g \u003d G (un- uk) - gaz fazasidan o'tgan komponentning molyar oqim tezligi

M W = L(xk-xn) - suyuq fazaga o'tgan komponentning molyar oqim tezligi.

Xuddi shu komponent gaz fazasidan suyuqlikka o'tganligi sababli, M g \u003d M f

(un-uk) = L(xk-xn) (7,8)

Maqsadli komponentning joriy tarkibi X va Y bo'lgan apparatning ixtiyoriy bo'limi uchun apparatning yuqori qismi uchun moddiy balans tenglamasi:

(un-y) = L(xk-x)

Qurilmaning balandligi bo'ylab G va L qiymatlarining kichik o'zgarishi bilan

Nisbat uzluksiz qarshi oqimdagi massa uzatish jarayonining ishchi chizig'ining tenglamasi (ishchi konsentratsiyalar chizig'i tenglamasi) deb ataladi. U apparatning ixtiyoriy bo'limida o'zaro ta'sir qiluvchi fazalarning kompozitsiyalari o'rtasidagi munosabatni ifodalaydi. L/G = const bilan. ish chizig'i to'g'ri. Agar L/G ≠ const., u holda ishchi chiziq to'g'ri chiziqdan chetga chiqadi.

Oqimdagi massa almashinuvining ikki turi mavjud - molekulyar va konvektiv.

Molekulyar diffuziya - taqsimlangan moddaning statsionar muhitdan o'tishi ichki qatlamlar ushbu (birinchi) fazani interfeysga va undan o'tib, birinchisi bilan aloqada bo'lgan boshqa fazaning butun hajmiga taqsimlanadi. Bu ichki ishqalanish kuchlari tomonidan qarshilik ko'rsatadigan molekulalarning (ionlar, atomlar) issiqlik harakatining natijasidir.

Molekulyar diffuziya Fikning birinchi qonuni bilan tavsiflanadi:

dM= -DdFd τ ds / dp

Butun diffuziya yuzasi F uchun Fikning birinchi qonuni quyidagicha ifodalanadi

M = -D Ft ds / dp

bu erda D - molekulyar diffuziya koeffitsienti; F - diffuziya yo'nalishiga normal sirt; ds/dp - diffuziya qiluvchi moddaning n yo'lining uzunligi birligiga moddaning konsentratsiya gradienti; minus belgisi diffuziya yo'lining uzunligi bo'ylab konsentratsiya gradienti ds / dp ning pasayishi bilan bog'liq.

Molekulyar diffuziya koeffitsienti D diffuziya qiluvchi moddaning tabiatiga bog'liq. Shuning uchun u jarayonning dinamikasi bilan bog'liq emas va moddaning har qanday muhitga kirish qobiliyatini tavsiflaydi. Uning o‘lchamini quyidagi ifodadan topamiz: [D]= [m2/s], bundan kelib chiqadiki, molekulyar diffuziya koeffitsienti D bir ga teng konsentratsiya gradientida birlik sirt orqali vaqt birligida qancha moddaning tarqalishini ko‘rsatadi. Molekulyar diffuziya koeffitsienti D termal diffuziyaga o'xshaydi α.

D qiymatlari ma'lumotnomalarda topilgan yoki hisoblangan. Diffuziya koeffitsienti haroratga bog'liq (harorat ortishi bilan ortadi) va gazlar uchun - bosimga (bosim ortishi bilan D g kamayadi).

Gazsimon muhit uchun D g ≈ 1 sm2/s, kondensatsiyalangan (suyuq) muhit uchun h ≈ 1 s/kun, buning natijasida suyuqliklarda molekulyar diffuziya va undan ham ko'proq bo'ladi. qattiq moddalar- jarayon juda sekin.

Konvektiv uzatish (konvektiv diffuziya) turbulent faza harakati sharoitida oqimning harakatlanuvchi zarralari orqali materiyaning harakatlanishi (ko'chirilishi) bilan tavsiflanadi. Turbulent pulsatsiyalar ta'sirida moddalarning konvektiv o'tishi ba'zan turbulent diffuziya deb ataladi.

Konvektiv massa almashinuvi - suyuqlik yoki gaz harakati paytida moddani uzatish jarayoni. Bu jarayon xuddi mexanik ravishda sodir bo'ladi - suyuqlik yoki gaz oqimining makro hajmli zarralari.

Massa uzatish, shuningdek, konveksiya, tabiiy va majburiy yoki majburiy bo'linadi. Tabiiy massa almashinuvi bilan suyuqlikning harakati zichlikdagi farq tufayli sodir bo'ladi turli nuqtalar suyuqlik va majburiy bo'lganda - oqimning tashqi tomondan harakatlanishi uchun energiya sarfi tufayli nasos, aralashtirgich va boshqalar. Ko'rinib turibdiki, tabiiy massa almashinuvi sekin jarayon bo'lib, texnologiyada kam uchraydi, lekin bu ko'pincha majburiy massa uzatish jarayonidir.

Nyutonning empirik sovutish qonuni (yoki issiqlik uzatish tenglamasi) bilan taqqoslaganda, massa uzatish tenglamasi quyidagi shaklga ega:

M = b (xgr - x) dFdt

bu erda b - mutanosiblik koeffitsienti-massa uzatish koeffitsienti.

t = 1 s da massa almashinuvining butun yuzasi F uchun barqaror jarayon bilan tenglama M = b F (xgr-x) ko'rinishini oladi.

Fu fazasi uchun massa uzatish tenglamasi M = b F (xgr-x) tenglamasiga o'xshash bo'ladi, lekin konsentratsiyalarni mos ravishda almashtirish bilan.

Massa uzatish koeffitsientining o'lchami: [b] = [M / F (y-ugl)] = [m / s].

Massa o'tkazuvchanlik koeffitsienti, massa o'tkazuvchanlik koeffitsientidan farqli o'laroq, moddalarning konvektsiya va fazada o'tish tezligini tavsiflaydi. molekulyar diffuziya bir vaqtning o'zida.

2. Suyuqlik va gazning resirkulyatsiyasi bilan yutilish sxemasi

Gazlarni SO‘RISHI (lot. Absorptio, absorbeo-absorbsiyadan), gazlar va bug‘larning hajmli yutilishi.<#"30" src="doc_zip3.jpg" />

bu erda R°2 - bosim<#"34" src="doc_zip4.jpg" />

bu erda KH - harorat bilan o'zgaruvchan Genri koeffitsienti. Agar yutilish bosim ostida amalga oshirilsa, lekin x * 2 -> 0 bo'lsa, gazning eruvchanligini Krichevskiy - Kazarnovskiy tenglamasi yordamida hisoblash mumkin:

bu erda Kf - koeffitsient. fizik eruvchanligi, x2 -> 0 va P -> -> 0 da KH ga teng; f*2 - gazning uchuvchanligi; -cheksiz suyultirishda suyuq fazadagi erigan gazning qisman molyar hajmi; R - universal gaz doimiysi; Po1 bosimi to'yingan bug'lar <#"20" src="doc_zip7.jpg" />(0,05-0,1) molyar fraktsiya (suyultirilgan eritmalar), keyin at past bosimlar Sechenov tenglamasi to'g'ri:

bu erda A1,2-koeffitsient, eritma tarkibiga bog'liq bo'lmagan, yutilish

Guruch. 1. Ba'zi gazlarning eruvchanligi x2* bog'liqligi<#"27" src="doc_zip10.jpg" />

gazni yutish erishining issiqlik effekti qayerda. So‘rilish jarayonida eritma qizib ketsa, . Harorat o'zgarganda, u odatda doimiy bo'lib qoladi yoki biroz o'zgaradi. Gazning aralash erituvchida (past qutbli komponentlarni o'z ichiga olgan) eruvchanligini quyidagi nisbatdan hisoblash mumkin:

bu yerda KN.si, KN.N- Genri koeffitsienti resp. erituvchilar aralashmasidagi gaz uchun va bu gazning sof erituvchi komponentlardagi eritmalari uchun; - erituvchi tarkibiy qismlarining faollik koeffitsienti (mol fraktsiyalari erigan gazsiz erituvchilar aralashmasini bildiradi).

Gazlarning eruvchanligi haqida ba'zi ma'lumotlar<#"18" src="doc_zip17.jpg" />va Lennard-Jonsabsorbsion potentsial Ushbu parametrlar gazlarning eruvchanligini taxminiy aniqlash uchun ishlatilishi mumkin.<#"32" src="doc_zip19.jpg" />

bu erda 1 m3 gazda eruvchanligi, 1 m3 changni yutish uchun normal sharoitga (20 ° C, 0,1 MPa) tushiriladi; kv - Boltsman doimiysi; P0, T0 - mos ravishda bosim<#"31" src="doc_zip21.jpg" />

Quyida gazlar uchun Lennard-Jons potentsialining (K da) parametrlarining qiymatlari keltirilgan.<#"24" src="doc_zip23.jpg" />va suyuqliklar:

Gazning erishi AH ning issiqlik effekti ortib borishi bilan chiziqli o'zgaradi; mos ravishda, yomon eriydigan gazlarning eruvchanligi<#"21" src="doc_zip27.jpg" />, asosan He, Ne, H2, N2, CO, Ar, O2 va NO, harorat ortishi bilan ortadi (suvli eritmalar bundan mustasno) va yaxshi eruvchan gazlarning eruvchanligi.<#"21" src="doc_zip28.jpg" />kamayadi. Cheksiz suyultirilgan eritmalar uchun odatiy misollar rasmda ko'rsatilgan. 2. H2S, COS, SO2, HC1, NH3, C12 kabi gazlarning eruvchanligi odatda (1) tenglama bo'yicha hisoblanganidan ancha yuqori bo'ladi, chunki bu erituvchi molekulalari bilan o'ziga xos o'zaro ta'sir qiladi.

Kimyoviy assimilyatsiya bilan absorbentning yutilish qobiliyati (absorbentning birlik hajmi tomonidan so'rilgan gazning chegaraviy miqdoriga mos keladigan sig'im) va fizik yutilishdan ko'proq Qaytib bo'lmaydigan reaktsiyada (masalan, CO2 NaOH tomonidan so'rilganda). Na2CO3 hosil bo'lgan eritmalar), agar eritmada reaksiyaga kirmagan changni yutish vositasi mavjud bo'lsa, eritma ustidagi gazning muvozanat bosimi nolga teng bo'ladi va singdirish qobiliyati reaksiya stoxiometriyasi bilan aniqlanadi. Qaytariladigan reaktsiya bilan, bosim<#"30" src="doc_zip30.jpg" />

massa uzatish jarayoni yutilish suyuq gaz

bu yerda Kx = ASKfKP gaz-suyuqlik tizimining muvozanat konstantasi; Kp - reaksiyaning muvozanat konstantasi; - absorbentning konversiyaning muvozanat darajasi; x1 - absorbentning dastlabki konsentratsiyasi; h - reaksiyaga kirgan gazning 1 moliga to'g'ri keladigan reaksiya mahsulotlarining mollari soni; j - 1 mol erigan gaz bilan o'zaro ta'sir qilgan absorbentning mollari soni; A5-koeffitsient stoxiometriyaga bog'liq. Absorbtsiyani tezlashtirish omili juda katta bo'lishi mumkin. Shunday qilib, CO2 ning fazalar, harorat va bosim bo'yicha bir xil yuklarda o'ralgan ustunda yutilishida 2 N dan foydalaniladi. KOH ning suvli eritmasi (karbonat shaklida eritmada 15% K mavjud), siz olishingiz mumkin jismoniy bilan solishtirganda CO2 ning suv bilan singishi. Suyuqlik o'tkazuvchanligiga qarshilik va cheksiz reaktivlikka ega bo'lgan gipotetik ideal erituvchi ta'minlaydi

Kattalashtirish; ko'paytirish va (ba'zan bir necha marta) mahalliy gradyanlar tufayli yuzaga keladigan sirt konvektsiyasi ta'sirida paydo bo'lishi mumkin sirt tarangligi, Ba'zi hollarda ommaviy uzatish natijasida paydo bo'ladi, ayniqsa, bir vaqtning o'zida. reaktsiyalarning borishi (masalan, CO2 ning monoetanolaminning suvli eritmalari bilan singishi paytida). Yangi kimyosorbentlarni tanlashda buni hisobga olish kerak. Ma'nosi agar reaktsiya sirt konvektsiyasining paydo bo'lishiga olib keladigan bo'lsa, u o'zgarishlar chegarasi yaqinida konvektiv mikrooqimlar jarayoniga ta'sir qilish sharoitida topilgan jismoniy yutilish uchun massa uzatish koeffitsienti asosida aniqlanishi kerak.

Yutish tezligini hisoblashda ko'pincha gipotetik tomonidan aniqlangan massa uzatish koeffitsientidan foydalaning. sirt kompozitsiyalari va shuning uchun faraziy. harakatlantiruvchi kuchlar. Odatda, gazdagi kontsentratsiyaga tegishli bo'lgan massa o'tkazuvchanlik koeffitsienti, Kg [kmol / (m2 * MPa * s)] harakatlantiruvchi kuch (y2-y * 2) bilan bog'liq deb taxmin qilinadi, bu erda y * 2 o'rtacha hajmli tarkibi x2 bo'lgan suyuqlik bilan muvozanatga mos keladigan gazdagi so'rilgan komponentning molyar ulushi; y2 - yutilish apparatining ma'lum bir qismida gazning o'rtacha hajmli tarkibi. Keyin biz olamiz:

Xuddi shunday, siz harakatlantiruvchi kuchni (x * 2 - x2) va massa uzatish koeffitsienti Kzh ni topishingiz mumkin. (2) va (3) iboralardan kelib chiqadiki:

bu yerda m = (y2,gr - y*2)/(x2,gr - x2) - x2, y2 dan x2,gr, y2,gr gacha bo'lgan konsentratsiya oralig'idagi muvozanat chizig'ining qiyaligi. (4) ifoda mahalliy massa uzatish koeffitsienti uchun yoziladi va bu koeffitsient muvozanat chizig'ining qiyaligiga bog'liqligini ko'rsatadi. Muvozanat chizig'ining qiyaligi ishchi konsentratsiya oralig'ida deyarli o'zgarmas bo'lib qoladigan hollarda (4) tenglamadan foydalanib, massa uzatish koeffitsientini hisoblash eng qulaydir. Egri muvozanat chizig'i bilan m ning konsentratsiyaga bog'liqligini hisobga olish kerak.

Absorbtsiya absorberlar, plastinka shaklidagi, qadoqlangan (eskirgan nomi skrubberlar), plyonka, aylanma plyonka va purkagich deb ataladigan massa o'tkazuvchi qurilmalarda amalga oshiriladi. Absorberdagi material oqimlarining sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 3. Asbobning istalgan gorizontal kesimidagi gaz y2 va suyuqlikdagi yutilgan komponentning konsentrasiyalari oʻrtasidagi bogʻliqlik moddiy balans tenglamasidan (ishchi chiziq tenglamasi deb ataladi) topiladi. Umuman olganda, bu tenglama quyidagi shaklga ega:

bu erda L va G - suyuqlik oqimi tezligi va gazning yutilishi. Yutish jarayonida faza hajmlari kam o'zgarganda, ishchi chiziq to'g'ri chiziqdir:

Bu yerda “n” indeksi qarama-qarshi oqim yutuvchi yoki desorberabsorbsiyaning pastki qismini bildiradi. Yutishning issiqlik ta'siri ishchi va muvozanat [y* = f(x*2)] chiziqlarining borishiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Ish chizig'ining borishi erituvchining bug'lanish intensivligiga (ayniqsa desorbsiya paytida) kuchli bog'liq bo'lishi mumkin. Agar yutish issiqlikning sezilarli darajada chiqishi bilan birga bo'lsa va so'rilgan materialning miqdori etarlicha katta bo'lsa, hal qiluvchi ustundan o'tganda juda qizib ketishi mumkin. Misollar - konsentrlangan H2SO4 bilan havo bilan quritish, eritish<#"416" src="doc_zip42.jpg" />

Guruch. 3. Absorberdagi material oqimlarining sxemasi va ishchi va muvozanat chiziqlarining sovuqligi (a-qarshi oqim bilan, 6-oldinga oqim bilan): LV-ishchi chiziq; OS - muvozanat chizig'i; va - harakatlantiruvchi kuch resp. gaz fazasida yuqoriga va pastga. aosoroerning ko'ndalang kesimlari va sahnada gaz va suyuqlik fazalarida.

Tashqi issiqlik ta'minoti yoki olib tashlash bo'lmasa, bir xil gaz va suyuqlik haroratida va absorbentning bug'lanishi va kondensatsiyasini va boshqa gazlarning erish issiqligini hisobga olmagan holda.<#"24" src="doc_zip45.jpg" />, bu erda Cp - eritmaning issiqlik sig'imi, ko'rib chiqilayotgan kesimdagi gaz konsentratsiyasining o'zgarishi. Odatda suyuqlikning interfeysdagi va hajmdagi harorati bir xil bo'ladi deb taxmin qilinadi. Erigan gazning eng yuqori konsentratsiyasi va shunga mos ravishda eng yuqori issiqlik chiqishi fazali aloqa yuzasi yaqinida kuzatilganligi sababli, haqiqiy muvozanatni belgilaydigan interfasial sirt harorati ko'pincha suyuqlik hajmining haroratidan sezilarli darajada farq qiladi. Ushbu hodisani hisobga olish usullari ishlab chiqilmoqda.

Mahalliy massa uzatish tezligi absorberdagi gaz tarkibidagi kerakli o'zgarishlarga erishish uchun zarur bo'lgan massa o'tkazuvchanlik yuzasini F hisoblash uchun ishlatilishi mumkin [Res.ga qarang. (3)1 tenglama so'rilgan komponent uchun moddiy balans tenglamasi bilan birga. Qurilmaning balandligi bo'ylab doimiy massa uzatish koeffitsienti bilan:

bu yerda G - gazning molyar massa tezligi, kmol/(m2*s);

R-jami son gaz fazasida uzatish birliklari:

Ushbu muhim parametr faqat jarayonning texnologik rejimiga bog'liq bo'lib, ishchi va muvozanat chiziqlarining holati bilan belgilanadi va yutilish harakatlantiruvchi kuchi qanday ta'sir qilishini ko'rsatadi.<#"21" src="doc_zip50.jpg" />. Qurilmaning o'lchamlari oshishi bilan ular kamayadi, lekin energiya sarfi va gaz aralashmasining yomon eriydigan tarkibiy qismlarining erishi darajasi oshadi, bu ularning yo'qolishiga va qazib olingan gazning ifloslanishiga yoki qo'shimcha xarajatlarga olib keladi. erigan gazlarni ajratish. Absorberlarni, ayniqsa diskli absorberlarni hisoblashda ko'pincha bosqich samaradorligi tushunchasi yoki muvozanatga yaqinlashish darajasi qo'llaniladi. Ushbu qiymat tarkibdagi haqiqatda amalga oshirilgan o'zgarishlarning muvozanatga erishilganda yuzaga keladigan o'zgarishlarga nisbati sifatida aniqlanishi mumkin:

bu erda "in" indeksi yuqorini bildiradi. qarama-qarshi oqim apparatining so'rilish qismi

Bu pog'onali aloqa qurilmalarining ko'p turlarida erishildi. Bu shuni anglatadiki, bunday qurilmalarni moddiy tahlil qilishda muvozanat bosqichi tushunchasidan foydalanish qonuniydir. Nazariy plitalar sonini hisoblash va bosqichning samaradorligini bilish orqali ma'lum bir ajralish darajasini ta'minlash uchun zarur bo'lgan haqiqiy bosqichlar sonini aniqlash mumkin.

Absorbsion jarayonlar texnologiyasi asoslari. Absorbtsiya ko'pincha yutilish-desorbsiya tsikli (tsiklik jarayon) shaklida amalga oshiriladi, ammo desorbsiya bosqichi<#"159" src="doc_zip56.jpg" />

Guruch. 4. Absorbsion-desorbsion siklning sxematik diagrammasi: 1 - absorber; 2-nasos; 3-desorber; 4 - muzlatgich; 5-issiqlik almashtirgich; 6-qozon; 7 - kondansatör.

fizika. yutilish odatda haroratda amalga oshiriladi muhit(20-40 ° S) yoki past haroratlarda, chunki yuqori darajada eruvchan gazlarning eruvchanligi<#"38" src="doc_zip57.jpg" />

yutilish jarayonining tezligiga qarab, absorberdan gaz chiqishidagi muvozanatga yaqinlashish darajasi bu erda. Umuman:

Bu erda G2 - qazib olingan gazning yutilish miqdori Qaytmas reaksiyada aylanma absorberning minimal miqdori quyidagilardan aniqlanadi. stoxiometrik tenglama reaktsiyalar va toping.

Suyuqlik va gaz oqimlarining nisbati tenglama bilan aniqlanadi:

Ochiq tsiklli jarayonlar bilan, odatda, aylanish jarayonlari bilan - x2, x2 da, p (qayta tiklangan eritmada gaz konsentratsiyasi). Eng oddiy holatda (va uchun) bizda: . Agar eruvchanlik Genri qonuni bilan tavsiflangan bo'lsa, u holda.Bu holda aylanma absorbent miqdori ajratilgan gaz miqdoriga bog'liq bo'lmaydi.. Absorbtsiya Absorberning chiqishida muvozanatga erishilganda.

Muhim jarayon parametri deb ataladi. yutilish omili:

bu koeffitsient gaz fazasida qazib olingan komponentning real va muvozanat konsentrasiyalarining suyuqlikdagi konsentratsiyasiga bog'liqligini ifodalovchi ishchi va muvozanat chiziqlarining qiyalik burchaklarining nisbatiga teng bo'ladi. , mos ravishda. Parametr A bir vaqtning o'zida eruvchan gazni yutishni to'liq olish uchun zarur bo'lgan minimal bilan solishtirganda aylanma changni yutish miqdorining ko'pligini tavsiflaydi.

Desorbsiya rejimi<#"18" src="doc_zip71.jpg" />absorberning chiqishidagi muvozanat holatidan (qarsi oqim bilan) aniqlanadi. Desorbsiya paytida bir xil eritmada erishiladigan minimal gaz konsentratsiyasi<#"30" src="doc_zip73.jpg" />,

bu erda R va Rpar - umumiy bosim<#"20" src="doc_zip74.jpg" />(5) tenglamaga muvofiqlik shartidan faqat eritmaning desorberdan chiqishida emas, balki uning istalgan kesimida ham topiladi. Gaz generatordan chiqadigan qarshi oqim apparatining yuqori qismi ko'pincha cheklanadi. Keyin = G2F*, bu erda F* = r*bug/p2*(t,x2,v) - bug 'bosimi nisbati<#"28" src="doc_zip76.jpg" />,

bu erda erigan gazlar bosimlarining yig'indisi. Desorbsiya rejimi<#"29" src="doc_zip78.jpg" />

Desorbsiya vaqtida ishchi chiziqni qurish<#"160" src="doc_zip79.jpg" />

Guruch. 5. E.sorbsiyaning muvozanat (/) va ishchi (2, 3) chiziqlari<#"64" src="doc_zip80.jpg" />

qaerda va termal effektlar resp. changni yutish bug'lanishi va desorbsiyasi; - yutilish issiqlik almashinuvchisining sovuq uchida regeneratsiyalangan va to'yingan eritmalar orasidagi harorat farqi. Desorbsiya bosimi<#"59" src="doc_zip84.jpg" />

keyin harorat oshishi bilan Qrel ortadi. Aks holda, Qotd kamayadi va ma'lum bir issiqlik oqimi tezligida, desorbsiya bosimi ortishi bilan regeneratsiya yomonlashmaydi, lekin absorbentning termokimyoviy barqarorligi va Q yukining ortishi bilan belgilanadigan ma'lum chegaragacha yaxshilanadi. Gaz desorbsiyasi uchun energiya xarajatlari (absorbentlarni qayta tiklash), qoida tariqasida, assimilyatsiya qilish uchun energiya sarfidan sezilarli darajada oshadi

Adabiyotlar ro'yxati

1. Kafarov V. V., Ommaviy uzatish asoslari, 3-nashr, M., 1979 y.

2. Rudobashta S. P., qattiq fazali tizimlarda massa uzatish, M., 1980 y.

Sherwood T.K., Pigford R., Wilkie C., Mass transfer, trans. Ingliz tilidan, M., 1982

Planovskiy A.N., Nikolaev P.I., Kimyoviy va neft-kimyo texnologiyasining jarayonlari va apparatlari, 3-nashr, M., 1987 y.

Brownshtein B. I., Shchegolev V. V., Gidrodinamika, ustunli apparatlarda massa va issiqlik uzatish, L., 1988 yil

Ramm V. M., Gazlarning yutilishi, 2-nashr, M., 1976 y.

Texnologik gazlarni tozalash, yutilish, T.A. Semenova I. L. Laites tomonidan tahrirlangan, 2-nashr, M., 1977 y.

Kafarov V.V. - Ommaviy uzatish asoslari, 3-nashr. M.: magistratura, 1979. 439-yillar.

Sherwood T., Pigford R., Wilkie C., Mass transfer, trans. Ingliz tilidan., M., 1981.

Kasatkin A.G. Kimyoviy texnologiyaning asosiy jarayonlari va apparatlari. - M: Kimyo, 1971 - 832-yillar.

Ioffe I.L. Kimyoviy texnologiya jarayonlari va apparatlarini loyihalash: texnik maktablar uchun darslik. - L: Kimyo, 1991 - 352s.

Aleksandrov I.A. Rektifikatsiya va yutilish apparatlari - M.: Kimyo, 1978 - 277s.

Dytnerskiy Yu.I. Kimyoviy texnologiya jarayonlari va apparatlari. - M.: Kimyo 1995 - 368-yillar.

Ushbu ishni tayyorlash uchun http://www.xumuk.ru/ saytidan materiallar ishlatilgan.