Массообменные процессы

 Достаточно широко  применяются несколько способов  кристаллизации:

- кристаллизация с охлаждением;

- кристаллизация с удалением  части растворителя;

- вакуум-кристаллизация.

В зависимости от способа кристаллизации применяют кристаллизаторы периодического и непрерывного действия.

Кристаллизация лежит в основе металлургических и литейных процессов, получения покрытий, пленок, применяемых в микроэлектронике, а также используется в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Кристаллизация является завершающей стадией в производстве минеральных солей, удобрений, органических и особо чистых веществ. Особое значение в промышленности имеет процесс кристаллизации металлов из расплавов.

 

 

1.5. Сушка

 

Сушкой называют процесс удаления влаги из твердого материала путем ее испарения при нагревании и отвода образующихся паров. Можно удалять влагу из материала и механическим путем – отжимом  в прессах, фильтрованием или центрифугированием, однако механически удаляется только часть  влаги, содержащейся в твердом или пастообразном материале. Достаточно полное удаление влаги (практически до абсолютно сухого состояния материала) возможно лишь путем ее испарения. Предварительное удаление влаги осуществляется более дешевыми  механическими способами, а окончательное – сушкой.

В лабораторной практике применяют и физико-химические способы сушки, основанные на применении водоотнимающих  средств, например, обезвоживание в эксикаторах над серной кислотой или хлористым  кальцием.

Сушка широко распространена в химической, пищевой и деревообрабатывающей отраслях промышленности. В производстве бумаги, картона, древесных плит и пластиков.  Сушка – одна из важнейших операций, определяющих не только качество производства в целом. Это объясняется большими затратами тепла на сушку и высокой стоимостью сушильного оборудования.

Древесное сырье, которое перерабатывается в стружку или волокно,  как правило, имеет высокую влажность (50….150%, в зависимости от вида, способов доставки, длительности и условий хранения на складе). Влажность  стружки перед смешиванием со связующим должна быть в пределах 2…6%,  древесного волокна при сухом способе производства 6…8%, шпона для пластиков перед пропиткой смолой 6 – 10% и т.д. Избыточную влагу из древесины удаляют в этих случаях только сушкой, так  как механические способы малоприемлемы.

Процесс сушки связан с подводом к  высушиваемому материалу теплоты, за счет которой происходит испарение влаги. Влага диффундирует изнутри материала к поверхности и далее во внешнюю среду – воздух, перегретый пар или топочные газы. Следовательно, по своей физической сущности сушка является сложным тепло- и массообменным процессом. При сушке меняются свойства материала – плотность, удельная теплоемкость и теплопроводимость, прочность и т.д.

Методы сушки влажных материалов, используемый в промышленности,  различаются главным образом способом подвода тепла и обусловлены физико-химическими свойствами этих материалов, а также формой их связи с влагой. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают:

1) конвективную сушку (основной способ) – путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом в качестве которого используют нагретый воздух, дымовые или инертные газы;

2) контактную сушку, путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3) радиационную сушку – путем передачи теплоты инфракрасными лучами;

4) диэлектрическую – путем нагревания материала в поле токов высокой частоты;

5) сублимационную – в замороженном состоянии при глубоком вакууме. В этом случае влага предварительно замороженного материала переходит в парообразное состояние, минуя жидкое (сублимирует). Процесс осуществляется при низких температурах и остаточном давлении 0,015…0,13 МПа.

Наибольшее распространение в промышленности получили конвективная, контактная и радиационная виды сушки. Помимо указанных, существуют и другие способы сушки – сушка в жидких средах (маслах, расплавленных металлах, сере, насыщенном растворе поваренной соли и других жидкостях) при достаточно высокой температуре (150 ос), сушка со сбросом давления в сушильной камере и комбинированные методы сушки, при которых совмещаются вышеуказанные виды сушки.

Традиционными сушилками, применяемыми в производстве  строительных материалов, минеральных солей, красителей и т.д., являются сушилки непрерывного действия (барабанные, туннельные, конвейерные, пневматические с кипящим слоем) и периодического действия (ямные, шкафные, камерные и т.д.

Заключение

 

Из выше перечисленного можно сделать выводы что, массообменные процессы классифицируют по трем основным признакам: агрегатному состоянию вещества, способу контакта фаз и характеру их взаимодействия.

В промышленности  применяют процессы массопередачи между газовой (паровой) и жидкой, между газовой и твердой, между твердой и жидкой, а также между двумя жидкими фазами.

Скорость массопередачи при заданной температуре зависит от интенсивности и молекулярной диффузии, то есть способности самопроизвольного проникновения одного вещества в другое за счет беспорядочного движения молекул. Процесс переноса массы из одной фазы в другую происходит за счет разности концентраций вещества в этих фазах до тех пор, пока не будет достигнуты условия равновесия.

По характеру взаимодействия массообменные процессы разделяют на периодические и непрерывные. В непрерывных процессах возможна организация прямоточного, противоточного, перекрестного и комбинированного движения компонентов.

 В основные процессы  массопередачи входят: абсорбция, адсорбция, перегонка и ректификация, кристаллизация и сушка и др.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем. Процесс основан на способности газов при контакте с жидкостью растворяться в ней.

Адсорбция есть процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой или жидкой смеси твердым пористым поглотителем – адсорбентом. Механизм процесса адсорбции, отличающийся от механизма абсорбции, практически  аналогичен механизму других процессов массопередачи с участием твердой фазы.

Наиболее распространенным способом разделения однородных жидких смесей является перегонка – процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, образующийся пар отбирается и концентрируется.

Многократно повторяющийся процесс перегонки называется ретикфикацией.

Кристаллизацией называется выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов.

Сушкой называют процесс удаления влаги из твердого материала путем ее испарения при нагревании и отвода образующихся паров.

Целевое назначение массообменных процессов – выделение чистых или достаточно концентрированных компонентов из смесей или их очистка от нежелательных примесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

 

1.Кулинич Л.П., Кулинич Т.А. Основы отраслевых технологий. Учебное пособие. Чита: Чит ГУ, 2004.- 344с., ил.

2.Обливин А.Н., Прокофьев  Н.С., Киприанов А.И. Процессы и  аппараты химической технологии : Учебник. – М.: МГУЛ, 2002. – 656с.: ил.