МОДУЛЬ 8: МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

С УЧАСТИЕМ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Программа модуля.

Адсорбция. Общая характеристика процесса. Характеристика, свойства и области применения адсорбентов. Равновесие в процессах адсорбции. Материальный баланс адсорбции. Кинетика адсорбции. Движущая сила адсорбции. Схемы адсорбционных процессов. Устройство и принцип действия адсорберов. Расчет адсорберов. Десорбция.

Сушка. Общая характеристика процесса сушки. Статика сушки. Форма связи влаги с материалом. Влажные материалы. Концентрация влаги. Равновесная влажность. Свойства влажного воздуха, диаграмма I - X.. Материальный баланс сушки. Тепловой баланс сушки. Принципиальные схемы процессов сушки Кинетика сушки. Основы расчета сушилок. Построение процесса сушки на диаграмме I – x. Аналитический расчет сушилок. Варианты сушильного процесса. Устройство и принцип действия сушилок. Конвективные сушилки. Контактные сушилки. Специальные виды сушки. Интенсификация процессов сушки.

Кристаллизация. Основные понятия. Статика процесса. Равновесие при кристаллизации. Пересыщение растворов. Кинетика и условия кристаллизации. Методы кристаллизации. Устройство и принцип действия кристаллизаторов. Основы расчета кристаллизаторов. Растворение.

Массообмен через полупроницаемые перегородки (мембраны). Сущность, виды мембранных процессов. Движущая сила мембранных процессов и ее расчет. Выражения для селективности и удельной проницаемости мембран. Классификация полупроницаемых мембран и их структура. Физико-химические основы мембранных процессов (баромембранных, диффузионно-мембранных, электромембранных, термомембранных процессов). Мембранные аппараты. Основы расчета мембранных процессов.

Планы практических занятий

Занятие № 1

Основные понятия и термины

Занятие № 2

Основные термины и понятия

Занятие №3

Основные термины и понятия

Занятие №4

Основные термины и понятия

ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНОГО ЗАДАНИЯ

Определить расход воздуха, а также расход теплоты и необходимый расход греющего пара для непрерывно-действующей сушилки. Производительность сушилки по влажному материалу ; начальная влажность материала ; конечная влажность материала ; удельная теплоемкость высушенного материала ; масса транспортного устройства (стальной транспортер) ; теплоемкость транспортного устройства ; температура материала поступающего на сушку ; температура материала, выходящего из сушилки ; температура транспортного устройства на входе в сушилку ; температура транспортного устройства на выходе из сушилки . Характеристика состояния воздуха: температура наружного воздуха ; относительная влажность наружного воздуха ; температура воздуха на выходе из калорифера ; температура воздуха на выходе из сушилки ; тепловые потери сушилки и калорифера в окружающую среду от суммы всех остальных слагаемых теплового баланса ; влажность греющего пара . Исходные данные для решения задачи предоставлены в таблице 3.Таблица 3.

Последняя цифра	кг/ч	%	%	, кДж/кг	кг	кДж/кг	%	Предпоследняя	0С	0С	0С	0С	0С	%	0С	0С	%
				2,14		1,6
				2,18		1,54
				2,25		1,5
				2,14		1,59
				2,20		1,68
				2,37		1,62
				2,22		1,65
				2,18		1,55
				2,25		1,6
				2,14		1,57

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Абсолютная влажность – количество водяных паров, содержащихся в 1м³ влажного воздуха.

Адсорбент – твердое тело, на поверхности пор которого конденсируется поглощаемое вещество (адсорбтив) в процессе адсорбции.

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 вещества из газовой, паровой или жидкой фазы в твердую. Применяют для извлечения того или иного вещества (или веществ) достаточно низкой концентрации из их смеси.

Активность адсорбента - Количество вещества, поглощенного единицей веса (или объема) адсорбента за время от начала адсорбции до начала «проскока», определяет динамическую активность адсорбента. Количество вещества, поглощенное тем же количеством адсорбента за время от начала адсорбции до установления равновесия, характеризует статическую активность.

Влагосодержание воздуха – количество водяного пара в кг, приходящееся на 1кг абсолютно сухого воздуха.

Влажный воздух – смесь сухого воздуха с водяным паром.

Гигроскопическая точка – равновесная влажность, соответствующая полному насыщению среды влагой.

Диаграмма I-х – диаграмма состояния влажного воздуха, разработанная Л.К. Рамзиным (1918г.), на которой наглядно изображается и с достаточной точностью для технических расчетов определяется изменение основных свойств воздуха при нагревании, охлаждении и осушке. Диаграмма построена для постоянного давления (около 99 кПа), которое можно считать среднегодовым для центральных районов РФ. Диаграмма построена в координатах энтальпия (ось ординат) – влагосодержание (ось абсцисс). Угол между осями координат составляет 135⁰С.

Диэлектрическая сушка – сушка, производимая путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты.

Изотерма адсорбции – кривая, характеризующая адсорбционное равновесие, при котором устанавливается определенная зависимость между концентрацией адсорбированного вещества и его концентрацией в фазе, соприкасающейся с адсорбентом.

Кинетика кристаллизации – скорость процесса кристаллизации определяемая скоростью диффузии растворенного вещества через пограничный слой либо скоростью слияния вещества с телом кристалла.

Конвективная сушка – сушка путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом.

Контактная сушка - сушка путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло.

Коэффициент сушки – количество (кг) испаренной влаги в сек, приходящееся на 1кг сухого вещества.

Кристаллизация – процесс выделения твердого растворенного вещества из его раствора (кристаллизация из раствора) или процесс выделения твердой фазы при затвердевании веществ, находящихся в расплавленном состоянии (кристаллизация из расплава).

Критическая влажность – влажность, соответствующая начальной точке периода падающей скорости сушки.

Мембрана – полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты жидких или газовых смесей.

Мембранные процессы – избирательное извлечение компонентов смеси или их концентрирование с помощью полупроницаемой перегородки – мембраны. Эти процессы представляют собой переход вещества (или веществ) из одной фазы в другую через разделяющую их мембрану. Применяется для разделения газовых и жидких смесей, очистки сточных вод и газовых выбросов.

Насадки барабанных сушилок: подъемно-лопастная насадка применяется для перемещения крупнокусковых и склонных к налипанию высушиваемых материалов. Распределительные насадки – полочная и крестообразная применяются при сушке мелкокусковых и сыпучих материалов. При помощи таких насадок обеспечивается многократное пересыпание материала и его тесный контакт с сушильным агентом. Промежуточная, или секторная насадка применяется для перемещения крупнозернистых высушиваемых материалов, обладающих малой сыпучестью. Ячейковая насадка применяется в процессах сушки тонкоизмельченных пылящих материалов. При пересыпании таких материалов в закрытых ячейках насадки достигается интенсивное перемешивание частиц.

Обратный осмос — это способ разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и задерживающие молекулы или ионы растворенных веществ.

Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимально возможному количеству пара в 1м³ воздуха, при той же температуре и данном барометрическом давлении, характеризует степень насыщения воздуха влагой.

Отрицательная растворимость - растворимость вещества, снижающаяся с повышением температуры.

Периоды сушки. Первый – влага испаряется со всей поверхности влажного материала так же, как она испаряется с зеркала испарения некоторого объема жидкости. В этом периоде скорость сушки постоянна и определяется лишь скоростью внешней диффузии, т.е. диффузии паров влаги с поверхности материала в окружающую среду. Во втором периоде скорость сушки определяется внутренней диффузией – перемещением влаги изнутри материала к его поверхности.

Пермеат – прошедший через мембрану продукт.

Положительная растворимость – растворимость вещества, увеличивающаяся с повышением температуры.

Полупроницаемая мембрана -мелкопористая мембрана, пропускающая через свои поры растворитель и задерживающую растворенное вещество.

Продолжительность сушки – сумма длительности сушки в период постоянной скорости и длительности ее в период падающей скорости, принимая, что падение скорости сушки во втором периоде происходит прямолинейно.

Растворимость – способность твердого вещества распределяться путем диффузии в жидкой среде.

Ретант – оставшаяся перед мембранной разделяемая смесь.

Селективность (в %) процесса разделения на полупроницаемых мембранах определяется по формуле ,

Скорость сушки – количество влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого материала за единицу времени.

Стадии кристаллизации – образование центров кристаллов и рост кристаллов

Сушка – удаление влаги из твердых влажных материалов, в основном, путем ее испарения. Этот процесс представляет собой переход влаги из твердого влажного материала в газовую или паровую фазы. Применяют в технике для предварительного обезвоживания перерабатываемых веществ или обезвоживания готового продукта.

Температура мокрого термометра – температура, принимаемая жидкостью при испарении ее после достижения теплового равновесия.

Температура точки росы – температура, соответствующая полному насыщению воздуха водяными парами в процессе охлаждения.

Ультрафильтрация — это процесс разделения, фракционирования и концентрирования растворов с помощью полупроницаемых мембран. При этом жидкость непрерывно подается в пространство над мембраной под давлением 0,1..1,0 МПа.

Факторы кристаллизации – факторы, определяющие скорость кристаллизации, ими являются степень пересыщения раствора, температура, образование центров кристаллизации, интенсивность перемешивания, наличие примесей в растворе.

Фильтрат -растворитель, прошедший через мембрану.

5.5 Тестовые задания

1. Избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой или жидкостной смеси, твердым компонентом, называется:

а) адсорбцией;

б) выпариванием;

в) абсорбцией;

г) десорбцией.

1. Какие адсорбенты называют молекулярными ситами?

а) силикагели;

б) цеолиты;

в) активные угли;

г) пористые стекла.

1. Как называется поглотительная способность адсорбента?

а) равновесная активность;

б) статическая активность;

в) динамическая активность;

г) физическая активность.

1. Уравнение Ленгмюра для описания адсорбционного равновесия:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ,

где х₀ – предельная величина адсорбции;

1. Что представляют собой стадии десорбции и активации адсорбента вмести?

а) регенерация;

б) очистка;

в) сублимация;

г) утилизация.

1. С какой целью применяется процесс адсорбции?

а) выделения твердой фазы из раствора;

б) достижения заданного качества продукта;

в) очистка и осушка газа;

г) удешевление транспортировки материала.

7. Сушка применяется с целью:

а) удешевления транспортировки материала, очистки и осушки твердого материала, предотвращение слеживаемости материала;

б) разделение материала с влагой, достижение заданного качества продукта, предотвращение слеживаемости материала;

в) удешевления транспортировки материала, достижение заданного качества продукта, предотвращение слеживаемости материала.

8. Для каких параметров построена диаграмма Рамзина?

а) для 1 кг сухого воздуха и при давлении 745 мм. рт. ст.; техническая атмосфера 735 мм. рт. ст.; физическая атмосфера 760 мм. рт. ст.;

б) для 2 кг сухого воздуха и при давлении 760 мм. рт. ст.; техническая атмосфера 745 мм. рт. ст.; физическая атмосфера 735 мм. рт. ст.;

в) для 1 кг сухого воздуха и при давлении 735 мм. рт. ст.; техническая атмосфера 745 мм. рт. ст.; физическая атмосфера 760 мм. рт. ст.

9. Какой рисунок относится к сушке с частичным подогревом воздуха в сушильной камере?

10. Сушка – десорбция влаги из материала:

а) при парциальном давлении пара над поверхностью материала р_м, меньшем его давление в воздухе или газе р_п, т.е. при р_м < р_п;

б) при парциальном давлении пара над поверхностью материала р_м, превышающим его давление в воздухе или газе р_п, т.е. при р_м > р_п;

в) при парциальном давлении пара над поверхностью материала р_м, равным давлению в воздухе или газе р_п, т.е. при р_м = р_п;

11. По способу подвода тепла различают следующие виды сушки:

а) конвективная, контактная, сушка ТВЧ, тепловая, инфракрасная;

б) сублимационная, конвективная, сушка ТВЧ, контактная, радиационная;

в) тепловая, сушка ТВЧ, равновесная, инфракрасная, контактная.

12. От чего зависит скорость процесса сушки?

а) от формы связи влаги с материалом и механизма перемещения в нем влаги;

б) от формы частиц и механизма перемещения в нем влаги;

в) от температуры и формы связи влаги с материалом.

13. Раствор, из которого произошло выделение части твердого вещества, называется:

а) маточный раствор;

б) насыщенный раствор;

в) пересыщенный раствор;

г) ненасыщенный раствор.

14. Что является целью кристаллизации?

а) выделение твердой фазы, образование зародышей, выращивание монокристаллов;

б) достижение заданного качества продукта, извлечение вредных примесей, выращивание монокристаллов;

в) выделение твердой фазы, извлечение вредных примесей, выращивание монокристаллов;

15. Процесс образования твердой фазы в виде кристаллов из раствора и расплавов, а также из газов и паров?

а) растворение;

б) выщелачивание;

в) расплавление;

г) кристаллизация.

16. Температура, при которой происходит переход вещества из жидкого состояния в твердое?

а) температура охлаждения;

б) разность температур кристаллизации и плавления;

в) температура плавления;

г) температура кристаллизации.

17. Два основных условия для полного растворения твердого вещества:

а) достаточный расход растворителя, регенерация растворителей;

б) отделение остатков твердой фазы от полученного раствора, регенерация растворителей;

в) отсутствие в исходном веществе компонентов нерастворимых в использованном растворителе, достаточный расход растворителя.

18. Область относительно устойчивого состояния или метостабильная область?

а) область I;

б) область II;

в) область III.

19. Что такое отрицательная растворимость?

а) условие, при котором уменьшение температуры, ведет к уменьшению растворимости;

б) условие, при котором увеличение температуры, ведет к уменьшению растворимости;

в) условие, при котором увеличение температуры, ведет к увеличению растворимости;

г) условие, при котором уменьшение температуры, ведет к увеличению растворимости.

20. При каких условиях образуется большое количество мелких кристаллов в процессе кристаллизации?

а) если скорость образования зародышей кристаллов больше скорости их роста;

б) если скорость образования зародышей кристаллов меньше скорости их роста;

в) если скорость образования зародышей кристаллов равна скорости их роста;

21. Проницаемость отдельных компонентов через мембрану зависит при прочих равных условиях от:

а) количества подаваемой в надмембранное пространство смеси;

б) продолжительности работы;

в) физико-химической природы мембран.

22. Для увеличения селективности мембраны надо:

а) увеличить подачу разделяемой смеси;

б) максимально турбулизировать потоки в надмембранном и подмембранном пространствах;

в) по возможности снизить турбулизацию в ходе процесса разделения;

г) использовать более пористые мембраны.

23. Обратный осмос – это…

а) процесс диффузионного переноса вещества из области низкой концентрации в область высокой концентрации этого вещества за счет химического взаимодействия компонентов между собой внутри мембраны при каталитическом воздействии ее материала;

б) процесс диффузионного проникновения растворителя через полупроницаемую мембрану из области меньшей концентрации растворенного вещества в область большей его концентрации;

в) процесс диффузионного переноса целевого компонента в мембране с «повышенным» коэффициентом диффузии за счет наличия в мембране вещества носителя;

г) процесс диффузионного проникновения растворителя через полупроницаемую мембрану из области большей концентрации растворенного вещества в область меньшей его концентрации.

24. Что является движущей силой мембранного процесса?

а) градиент концентрации;

б) градиент температуры;

в) градиент химического потенциала;

г) градиент давлений.

25. Основные мембранные методы разделения?

а) обратный осмос, ультрафильтрация, разделение газов;

б) осмос, хемосорбция, микрофильтрация;

в) испарение через мембрану, десорбция, диализ;

г) рекуперация, электродиализ, диализ.

26. Какая из схем массопереноса через мембрану относится к обратному осмосу?

27. Для какого из мембранных процессов, движущей силой является градиент давлений?

а) баромембранный;

б) диффузионно-мембранный;

в) электромембранный;

г) термомембранный.

28. Какая из мембран имеет поры размером от 2,0 до 100 нм?

а) керамическая мембрана;

б) нанесенная мембрана;

в) металлическая мембрана;

г) мембрана из пористого стекла;

д) динамическая мембрана.

29. Динамические мембраны, образованные фильтрованием раствора, содержащего специальные добавки диспергированных веществ, через подложки, применяют:

а) для очистки сточных вод, загрязненных коллоидными частицами;

б) для выделения из растворов и ионов тяжелых металлов, фенола, аммиака и др.;

в) для проведения процессов микро- и ультрафильтрации, для разделения и очистки агрессивных сред при повышенных температурах;

г) для процесса разделения газов.

30. Какие аппараты нашли широкое применение для разделения ультро- и микрофильтрацией растворов, в которых возможно образование осадка?

а) аппараты с плоскими мембранными элементами;

б) аппараты с мембранами в виде волокон;

в) аппараты с трубчатыми мембранными элементами;

г) аппараты с мембранными элементами рулонного типа.

Литература

1. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. – М.: Химия, 1978.

2. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии, в 2х частях. М.: Химия, 1981.

3. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии, в 2-х частях. Часть 2. – М.: Химия, 1995.

4. Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии, пособие по проектированию. – М.: Химия, 1983.

5. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, 9-е изд. – М.: Химия, 1973.

6. Кафаров В.В. Основы массопередачи. – М.: Высшая школа, 1972.

7. Основы жидкостной экстракции. Под ред. Ягодина Г.А. – М.: Химия, 1981.

8. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков П.П. Примеры и задачи по курсу ПАХТ. – Л.: Химия, 1987.

9. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия, 1982,1987.

10. Промышленные тепло-массообменные процессы и установки, под ред. А. М. Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1976.

12. Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы в химической технологии. – М.: Химия, 1990

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: