Массообмен - Mass transfer

Часть серия на
Химическая инженерия
Основы
Единичные процессы
Аспекты
Глоссарии
Категория Категория

Массообмен представляет собой чистое перемещение массы из одного места, обычно означающего поток, фазу, фракцию или компонент, в другое. Массоперенос происходит во многих процессах, таких как поглощение, испарение, сушка, осадки, мембранная фильтрация, и дистилляция. Массообмен используется разными научными дисциплинами для разных процессов и механизмов. Эта фраза обычно используется в инженерное дело для физических процессов, которые включают диффузный и конвективный транспортировка химические вещества в физические системы.

Некоторые общие примеры процессов массопереноса: испарение из воды от пруда до атмосфера, очищение крови в почки и печень, и перегонка спирта. В промышленных процессах операции массообмена включают разделение химических компонентов в дистилляционных колоннах, абсорберах, таких как скрубберы или отгонки, адсорберах, таких как слои активированного угля, и жидкость-жидкостная экстракция. Массообмен часто сочетается с дополнительным транспортные процессы, например в промышленных градирни. Эти башни сочетают теплообмен с массообменом, позволяя горячей воде течь в контакте с воздухом. Вода охлаждается путем удаления части ее содержимого в виде водяного пара.

Астрофизика

В астрофизика, массоперенос - это процесс, посредством которого иметь значение гравитационно привязан к телу, обычно звезда, заполняет его Лобе Роша и становится гравитационно связанным со вторым телом, обычно компактным объектом (белый Гном, нейтронная звезда или же черная дыра ), и в конечном итоге нарастает на нее. Это обычное явление в бинарные системы, и может играть важную роль в некоторых типах сверхновые и пульсары.

Химическая инженерия

Массообмен находит широкое применение в химическая инженерия проблемы. Он используется в разработке реакций, разделении, технологии теплопередачи и многих других дисциплинах химической инженерии, таких как электрохимическая инженерия.[1]

Движущей силой массопереноса обычно является разница в химический потенциал, когда его можно определить, хотя другие термодинамические градиенты может соединяться с потоком массы и также управлять им. Химический вид перемещается из областей с высоким химическим потенциалом в области с низким химическим потенциалом. Таким образом, максимальная теоретическая степень данного массопереноса обычно определяется точкой, в которой химический потенциал является однородным. Для однофазных систем это обычно означает однородную концентрацию на протяжении всей фазы, в то время как для многофазных систем химические вещества часто предпочитают одну фазу другим и достигают однородного химического потенциала только тогда, когда большая часть химических веществ абсорбируется в предпочтительную фазу. , как в жидкость-жидкостная экстракция.

Хотя термодинамическое равновесие определяет теоретический объем данной операции массопереноса, фактическая скорость массопереноса будет зависеть от дополнительных факторов, включая характер потока в системе и диффузионность видов в каждой фазе. Этот показатель может быть определен количественно путем расчета и применения коэффициенты массопереноса для общего процесса. Эти коэффициенты массопереноса обычно публикуются в виде безразмерные числа, часто включая Числа Пекле, Числа Рейнольдса, Числа Шервуда и Числа Шмидта, среди прочего.[2][3][4]

Аналогии между передачей тепла, массы и количества движения

Основная статья: Транспортные явления

Есть заметное сходство в обычно используемых приближенных дифференциальных уравнениях для переноса количества движения, тепла и массы.[2] Уравнения молекулярного переноса Закон Ньютона для движения жидкости при низком Число Рейнольдса (Стокса поток ), Закон Фурье для тепла, и Закон Фика по массе очень похожи, так как все они линейные приближения для транспортировки сохраняемых величин в поле течения. При более высоком числе Рейнольдса аналогия между массопередачей и теплопередачей и передачей импульса становится менее полезной из-за нелинейность из Уравнение Навье-Стокса (или, что более важно, общее уравнение сохранения импульса ), но аналогия между тепломассообменом остается хорошей. Много усилий было направлено на разработку аналогий между этими тремя транспортными процессами, чтобы можно было предсказывать один из других.

Рекомендации

  1. ^ Electrochimica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
  2. ^ а б Велти, Джеймс Р .; Уикс, Чарльз Э .; Уилсон, Роберт Эллиотт (1976). Основы переноса количества движения, тепла и массы (2-е изд.). Вайли.
  3. ^ Bird, R.B .; Стюарт, W.E .; Лайтфут, Э. (2007). Транспортные явления (2-е изд.). Вайли.
  4. ^ Taylor, R .; Кришна, Р. (1993). Многокомпонентный массообмен. Вайли.

Смотрите также