Программа вступительных испытаний в аспирантуру по образовательным программам высшего образования – программам подготовки научно - педагогических кадров в аспирантуре (стр. 9 )

Для процесса адсорбции диффузионные сопротивления внутри твердой фазы малы по сравнению с внешним диффузионным сопротивлением, поэтому, с некоторым допущением принимают КYV=bYV, где bYV - объемный коэффициент масоотдачи.

Значение коэффициента массоотдачи bYV можно определить по уравнениям подобия.

Основными характеристиками адсорбентов являются:

1. Удельная поверхность - величина поверхности приходящаяся на единицу массы или объема адсорбента;

2. Активность адсорбента - предельное количество вещества, которое может поглотить единица массы адсорбента.

Адсорбенты характеризуются также плотностью, пористостью, эквивалентным диаметром гранул, гранулометрическим составом и механической прочностью.

Различают истинную rи, кажущуюся rк и насыпную rн плотность.

Истинная плотность rи - масса единицы объема вещества из которого состоит адсорбент.

Кажущаяся плотность rк - отношение массы гранулы к ее объему.

Насыпная плотность rн - масса единицы объема слоя.

Пророзность слоя адсорбента это доля объема слоя не занятая гранулами

Пористость гранул это объемная доля пустот в грануле

Вопросы для самопроверки по теме № 13

1  Какой процесс называют сорбцией?

2  Что такое абсорбция?

3  Что такое адсорбция?

4  Что такое десорбция?

5  Что является движущей силой процесса?

6  Как определить материальный баланс процесса абсорбции?

7  Как определить материальный баланс процесса адсорбции?

8  Как определить тепловой баланс процесса абсорбции?

9  В чем заключается физическая сущность сорбционных процессов?

10  Что такое изотерма адсорбции?

11  Как оценивается эффективность работы аппарата?

12  Какие используют принципиальные схемы абсорбционных процессов?

Тема 14

Экстрагирование. Сущность и назначе­ние процесса экстрагирования. Экстрагиро­вание в системе твердое тело-жидкость. Основы теории экстрагирования. Класси­фикация и конструкция экстрактов. Ма­териальный и тепловой балансы процесса экстрагирования. Способы интенсифика­ции процесса экстракции. Применение экстракторов в пищевой промышленности.

Литература

[4] стр. 16-45, [3] стр. 10-17, 28-39.

Методические указания

Процесс экстракции - это процесс извлечения ценных веществ, входящих в состав сложного твердого тела чаще всего пористой структуры и органического происхождения.

Процесс экстракции происходит в результате непрерывного движения молекул растворителя и растворенного вещества. Чем выше температура, тем интенсивнее это движение и тем скорее произойдет выравнивание концентрации во всех точках объема, занимаемого раствором. Поэтому процесс экстракции стремятся вести при возможно более высокой температуре, которая в общем случае лимитируется технологическими соображениями.

Для большей эффективности процесса важно иметь измельченное сырье, так как в этом случае увеличивается удельная (отнесенная к единице массы сырья) активная поверхность. Однако степень измельчения ограничивается гидродинамическими условиями, создающимися в том или ином аппарате. Очень маленькие частицы будут уноситься экстрагирующей жидкостью, забивать фильтрующие сита, загрязнять экстракт и т. д.

Процесс, осуществляемый в экстракторах непрерывного или периодического действия, является нестационарным, так как концентрация сока в любой точке обрабатываемого материала и в движущейся экстрагирующей жидкости непрерывно изменяется во времени.

Извлечение жидкостью из пористого тела каких - то веществ, растворенных в жидкости, которая заполняет поры, определяется двумя взаимосвязанными процессами. Один из них обеспечивает подвод вещества из глубинных слоев сырья к поверхности, второй – переход этого вещества с поверхности материала в поток экстрагирующей жидкости.

Интенсивность перехода вещества с поверхности частицы в поток обусловлена разностью концентраций вещества на поверхности частицы и в потоке жидкости. Обычно закон конвективного массообмена задают упрощенно в виде закона Ньютона

qп(t) = b[Cп(t) – Сс(t)],

где b - коэффициент массоотдачи, м/с;

qп(t) – плотность потока вещества через время t после начала процесса с единицы поверхности частицы, (кг/м2×с);

Сп(t) – концентрация растворенного вещества в поверхностном слое в момент времени t, кг/м3;

Сс(t) – концентрация экстрагирующей жидкости (диффузионного сока) в данный момент времени, кг/м3.

Коэффициент массоотдачи b численно равен количеству вещества, отдаваемого единицей площади в единицу времени при разности концентраций вещества на поверхности тела и в окружающей среде, равной единице.

По закону сохранения массы это количество вещества должно быть равно тому его количеству, которое подводится к единице площади тела в единицу времени в результате происходящего внутри тела диффузионного процесса. Для слоев, непосредственно примыкающих к поверхностным, в соответствии с законом А. Фика формулируют граничные условия третьего рода.

Характеристикой дисперсности обрабатываемого материала может служить функция распределения характеристического размера частицы R.

Если в полидисперсной смеси меняется и форма частиц, то решение`С(R,t) получают для той или иной формы с учетом распределения частиц, а затем с учетом объемной или массовой доли фракции определенной формы находят усредненную для всей смеси концентрацию.

предложил интервально – итерационный метод расчета процесса диффузии, приняв гипотезу о возможности апроксимировать на каком – то небольшом участке процесса изменение концентрации экстрагирующей жидкости линейной зависимостью. Используя априорную информацию о величине коэффициентов концентрациопроводности и массоотдачи на каждом интервале, определяет расчетную процедуру, как ряд последовательных расчетов каждого интервала. Результат расчета предыдущего интервала принимается за начальные условия для расчета последующего интервала. Этот метод позволяет при достаточно большом числе интервалов учесть зависимость кинетических коэффициентов от концентрации, температуры и других факторов.

Обычно задачу еще более упрощают, полагая, во первых, что коэффициенты D и b могут быть приняты за величины постоянные, не зависящие от концентрации и температуры, во вторых, изменение концентрации экстрагирующей жидкости определяют из опыта, аппроксимируют полученные экспериментальные данные какой – либо зависимостью и вводят соответствующую функцию в граничные условия.

Некоторые авторы считают, что изменение концентрации экстрагирующей жидкости можно для некоторых экстракционных процессов описать экспоненциальной зависимостью

Уравнение материального баланса можно записать в виде равенства:

d(t)=adCc,

где`С(t) – среднеобъемная концентрация в твердой фазе ко времени t;

a - отношение объема экстрагирующей жидкости W к объему раствора внутри материала, подвергавшегося обработке, V.

Для анализа и расчета процесса экстракции необходимо знать числовые значения коэффициентов D и b

Вопросы для самопроверки по теме № 14

1 Какой процесс называют экстракцией?

2  Что является движущей силой процесса?

3  Как рассчитать материальный баланс процесса?

4  Как рассчитать тепловой баланс процесса?

5  В чем заключается физическая сущность процесса?

6  Как оценивается эффективность работы аппарата?

7  Какие используют принципиальные схемы экстрасторов?

Тема 15

Перегонка и ректификация. Сущность и назначение процесса перегонки. Класси­фикация бинарных смесей. Основные за­коны перегонки. Простая перегонка. По­нятие о дефлегмации. Ректификация. Ма­териальный и тепловой балансы про­цесса ректификации. Определение расхода греющего пара и охлаждающей воды для ректификационной установки. Схема установки конструкции ректификацион­ных аппаратов.

Литература

[4] стр. 16-45, [3] стр. 10-17, 28-39.

Методические указания

Перегонка и ректификация — наиболее распространенные методы разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или нескольких летучих компонентов.

Процессы перегонки и ректификации основаны на различной летучести компонентов смеси при одной и той же температуре. Ком­понент смеси, обладающий большей летучестью, называется легко­летучим, а компонент, обладающий меньшей летучестью, трудно­летучим. Соответственно легколетучий компонент кипит при более низкой температуре, чем труднолетучий. Поэтому их называют также низкокипящим и высококипящим компонентами.

В результате перегонки или ректификации исходная смесь разде­ляется на дистиллят, обогащенный легколетучим компонентом, и кубовый остаток, обогащенный трудно летучим компонентом. Дис­тиллят получают в результате конденсации паров в конденсаторе-дефлегматоре. Кубовый остаток получают в кубе установки.

В простейшем случае исходная смесь состоит из двух компонен­тов. Такая смесь называется бинарной. Число степеней свободы бинарной смеси С= К + 2-Ф = 2 + 2-2= 2,

Состояние системы определяют три независимых параметра: давление р, температура t, концентрация х. При выборе любых двух параметров определяется значение третьего. Следовательно, равно­весную зависимость можно представить, используя две переменные величины (р и х, t и х, р и t, x и у).

В зависимости от взаимной растворимости компонентов бинар­ные смеси можно разделить на смеси с неограниченной растворимо­стью компонентов, с взаимно нерастворимыми компонентами, с частичной растворимостью компонентов друг в друге.

Смеси с неограниченной растворимостью компонентов по своему поведению делятся на идеальные и реальные (растворы).

Идеальными смесями называют такие, смещение компонентов которых происходит без выделения и поглощения теплоты и без изменения объема смеси.