Дәріс 8. Массаалмасу процестері

Дәріс жоспары.

1. Массаалмасу негіздері. Массаалмасу процестердің құрылысы мен жалпы сипаттамасы. Қозғаушы күштер және оны өрнектеу тәсілдері. Массаалмасу процестердің агрегаттік күйі және фазалар жанасу тәсілі бойынша жіктелуі.

2. Молекулярлық диффузия. Конвективті диффузия. Диффузия коэффициенттері. Масса өту - күрделі процесс. Масса беру. Масса беру тендеуі. Масса беру және масса өту коэффициентері. Масса өту тендеуі. Нуссельт, Прандтль диффузиялық критерийлері.

1. 
   Кептіру. Қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі кептіру деп аталады. Мұнда масса (ылғал) қатты фазадан газды немесе булы фазаға өтеді.
   
2. 
   Кристалдану. Ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөлінуі кристалдану процесі деп аталады. Мұнда масса сұйық фазадан қатты фазаға өтеді.
   
3. 
   Мембраналы ажырату. Кейбір заттарды өткізіп, ал кейбіреуін ұстап қалатын қабілеттілігі бар жартылай өткізгіш мембраналардың жәрдемімен ерітіндідегі ерітілген заттарды ажырату.Мұнда масса (зат) жартылай өткізгіш мембрана арқылы бір сұйық (газды) фазадан екінші сұйық (газды) фазаға өтеді.
   

Заттың бір фазадан жанасу шекарасына немесе кері бағытта, яғни бір фаза ішіндегі тасымалдануын масса беру деп атайды.

Массаөту процестерін 2 топқа бөлуге болады. Бірінші топ (абсорция, экстракция және т.б.) ең кемінде үш зат: біреуі–бірінші фаза, екіншісі–екінші фаза, ал үшіншісі –фазалар арасындағы тасымалданатын зат қатысады. Әр фазаны құрайтын заттар тасымалданатын затты тасушы болып, өздері бір фазадан екінші фазаға өтпейді. Мысалы, аммиак пен ауа қоспасынан аммиак сумен сіңірілгенде, ауа мен су тасымалданатын зат – аммиактың тасушысы болады, және оларды инертті газ немесе инертті сұйық деп те атайды.

Екінші топ (мысалы, ректификация) масса өту процесіне екі фазада тікелей қатысады, және олар тасымалданатын заттың инертті тасушысы болмайды.

Тасымалданатын зат әр фаза ішінде диффузия арқылы өтетін болғандықтан масса өту процесін диффузиялық процестер деп те атайды.

Жылу алмасу процестері сияқты (диффузиялық) масса алмасу процесіндегі тасымалданатын зат мөлшері фазалардың жанасу бетіне және процестің қозғаушы күшіне пропорционал болады. Масса алмасу процесінің қозғаушы күші – тасымалданатын заттың берілген концентрациясымен тепе–теңдік концентрациясы (процесс тоқтаған кезге сәйкес келеді) арасындағы айырмаға тең. Сондықтан масса алмасу процесін шегі – жүйенің тепе–теңдік жағдайы болады.

А) көлемдік концентрация-фазаның көлем бірлігіндегі берілген заттың (компоненттің) кг. немесе кмоль саны (кг/м, кмоль/м);

Б) мольдік немесе салмақтық үлес-берілген заттың кг немесе кмольнің фазаның барлық массасына (кг, кмоль) қатынасы;

В) салыстырмалы концентрация-тасымалданатын заттың кг. немесе кмоль-нің масса алмасу процесінде өзгермейтін тасушы инертті заттың массасына қатынасы.

Масса алмасу процестерінің тепе-теңдігі олардың өту шегін анықтауға мүмкіндік береді. Тепе-теңдіктің негізі фазалар ережесімен анықталады:
Ф + С = К + 2 (7.1)
мұнда Ф - фазалар саны;

С - еркіндік дәрежесінің саны;

К - жүйені құрастырушылардың саны.

Фазалар ережесі арқылы масса алмасу процестерінің тепе-теңдік жағдайын есептеуде өзгертуге болатын шамалар (параметрлер) санын анықтауға болады. Фазалар ережесін жоғарыда көрсетілген масса алмасу процестерінің екі тобына да қолданады.

Бірінші топ үшін (абсорбция, экстракция және т.б.) фазалар саны Ф=2, құрастырушылар саны К=3(тасымалдаушы зат және екі тасушы фаза), еркіндік дәрежесінің саны:

С = К + 2 – Ф = 3 + 2 – 2 = 3

тең болады. Бұл жағдайда кез-келген үш шаманы, яғни жалпы қысымын (Р) температурасын (t) және тасымалданатын заттың бір фазадағы концентрациясын (Ха немесе Уа) өзгертуге болады. Демек, берілген температура және қысым мәндерінде бір фазаның кейбір концентрациясына екінші фазаның тиісті нақты концентрациясы сәйкес келеді.

Екінші топ үшін (ректификация): Ф=2, К=2, онда еркіндік дәрежесінің саны:

С = К + 2 – Ф = 2 + 2 – 2 = 2 тең болады.

Егер масса алмасу процестері тұрақты қысымда өткізілетіні есепке алынса, онда фазаның концентрациясының (Х_а) өзгеруіне байланысты температура өткізілсе, онда фазаның әртүрлі концентрациясына әртүрлі қысым мәндері сәйкес келеді.

Өзгеретін шамалар (параметрлер) арасындағы байланыстар фазалық диаграммалармен өрнектеледі. Масса алмасу процестерін есептеуде төмендегі диаграммалар пайдаланылады:

А) қысымның концентрацияға байланысы;

Б) температураның концентрацияға байланысы;

В) Фазалардың тепе-теңдік концентрациялары арасындағы байланыс.

Таралушы зат үнемі оның концентрациясынан аз болған фазадан концентрациясы тепе-теңдік концентрациясынан аз болған фазаға қарай өтеді және тепе-теңдіктен қаншалықты көп ауытқыса, соншалықта масса алмасу процесі қарқынды өтеді.

Уақыт бірлігінде заттың таралу бағытына нормаль болған бет бірлігінен өткен таралушы заттың массасы масса өтудің жылдамдығы деп аталады

1. Қандай процестерді массаалмасу процесі дейді және оларды кейде неге диффизиялық деп атайды? Оларды атаңыз және процестердің мәнін сипаттап беріңіздер? 2.Диффузияның негізгі заңын көрсетіңіздер? Диффузиялық коэффициент және молекулярлық диффузия коэффициенттерін процесі неге байланысты? 3.Диффузияның негізгі теориясы дегеніміз не? 4.Массаалмасу және массаберу дегеніміз не? Масса алмасу және масса беру коэффициенттерінің өлшем бірліктері және физикалық мәні неде? 5.Массаалмасу және массаберу теңдеулері қалай жазылады? 6.Массаалмасу және массаберу коэффициенттерінің арасындағы байланыс қандай? 7.Массаалмасу процестерінің ұқсастығы және олардың сипаттамасы? 8.Термодиффузия дегеніміз не? 9.Сорбционные процесі және оларды тамақ өндірісінде қолдану түрлері? 10. Адсорбция процесінің қозғаушы күші не? 11 Адсорбциялау аппараттарының жіктелуі және олардың конструкциясы?