Часть серии по |
Химическая инженерия |
---|
Основы |
Единичные процессы |
Аспекты |
Глоссарии |
Категория |
|
Массоперенос - это чистое перемещение массы из одного места, обычно означающего поток, фазу, фракцию или компонент, в другое. Массоперенос происходит во многих процессах, таких как абсорбция, испарение, сушка, осаждение, мембранная фильтрация и дистилляция. Массообмен используется разными научными дисциплинами для разных процессов и механизмов. Фраза обычно используется в инженерии для физических процессов, которые включают диффузионный и конвективный перенос химических веществ в физических системах.
Некоторые общие примеры процессов переноса масс являются испарения из воды из пруда в атмосферу, очищение крови в почках и печени, а также дистилляция спирта. В промышленных процессах операции массопереноса включают разделение химических компонентов в дистилляционных колоннах, абсорберах, таких как скрубберы или отгонки, адсорберах, таких как слои активированного угля, и жидкостно-жидкостной экстракции. Массообмен часто сочетается с дополнительными транспортными процессами, например, в промышленных градирнях. 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.
В астрофизике массоперенос - это процесс, при котором вещество, гравитационно связанное с телом, обычно звездой, заполняет свою полость Роша и становится гравитационно связанной со вторым телом, обычно компактным объектом ( белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой ), и со временем нарастает на него. Это обычное явление в двойных системах и может играть важную роль в некоторых типах сверхновых и пульсаров.
Массообмен находит широкое применение в задачах химического машиностроения. Он используется в разработке реакций, разделении, технологии теплопередачи и многих других дисциплинах химической инженерии, таких как электрохимическая инженерия.
Движущей силой массопереноса обычно является разница в химическом потенциале, если ее можно определить, хотя другие термодинамические градиенты могут взаимодействовать с потоком массы и 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 при жидкостно-жидкостной экстракции.
В то время как термодинамическое равновесие определяет теоретическую степень данной операции массопереноса, фактическая скорость массопереноса будет зависеть от дополнительных факторов, включая структуру потока в системе и диффузионную способность частиц в каждой фазе. Эта скорость может быть определена количественно путем расчета и применения коэффициентов массопереноса для всего процесса. Эти коэффициенты массопереноса, как правило, опубликованы в терминах безразмерных чисел, часто в том числе чисел Пекла, чисел Рейнольдса, чисел Шервуда и чисел Шмидта, среди других.
Есть заметное сходство в обычно используемых приближенных дифференциальных уравнениях для переноса количества движения, тепла и массы. Уравнения переноса молекул закона Ньютона для количества движения жидкости при низком числе Рейнольдса ( поток Стокса ), закона Фурье для тепла и закона Фика для массы очень похожи, поскольку все они являются линейными приближениями к переносу сохраняющихся величин в поле потока. При более высоких числах Рейнольдса, аналогия между массой и передачи тепла и передачи импульса становится менее полезным из - за нелинейности в уравнении Навье-Стокса (или более принципе, уравнение сохранения общего импульса ), но аналогия между тепло- и массопереноса остается хорошим. Много усилий было направлено на разработку аналогий между этими тремя транспортными процессами, чтобы можно было предсказывать один из других.