И массообменных процессов

ГЛАВА 4

ВВЕДЕНИЕ В КУРС ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЫЛЕ-, ГАЗООЧИСТКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ

Основы инженерной реологии, физико-химической

механики гомо- и гетерогенных систем, тепло-

и массообменных процессов

(на примере характеристик газообразных, жидких и твердых загрязнителей биосферы)

Классификация массообменных процессов

Массообменными называются процессы, характеризуемые переходом вещества из одной фазы в другую. Под массопередачей понимают переход компонента смеси из области высокой концентрации в область более низкой. Во всех случаях вещества, которыми обмениваются фазы, должны переместиться внутри одной из фаз к поверхности раздела, пересечь ее и далее переместиться от поверхности раздела внутрь другой фазы. Массопередача и есть совокупность всех трех стадий процесса массообмена между фазами. Перенос вещества внутри одной фазы к поверхности раз дела или от нее к другой фазе называют массоотдачей. Исследуя и анализируя основные массообменные процессы (абсорбцию, адсорбцию, осаждение, фильтрование, выпаривание, кристаллизацию, экстракцию, термическую обработку и др.), можно сказать, что для всех общим является переход вещества из одной фазы в другую, связанный с явлениями конвективного переноса и молекулярной диффузии, поэтому перечисленные процессы иногда называют диффузионными.

Классификация дисперсных систем

Используя основные понятия физической и коллоидной химии, теории переноса (тепло-, массообмена), механики сплошных и дискретных сред, можно сказать, что в отличие от гомогенных смесей, где составляющие перемещены на молекулярном уровне, гетерогенные, неоднородные или многофазные смеси характеризуются наличием макроскопических (по отношению к молекулярным масштабам) неоднородностей или включений [1]. Явления происходящие на межфазных границах в гетерогенных системах, существенно воздействуют на эффективность технологических процессов пыле-, газоочистки и определяют выбор той или иной конструкции экобиозащитного оборудования.

К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз и проявляющиеся сильнее всего в телах с высокоразвитой поверхностью, которая придает им новые важные свойства. К таким телам относятся поверхностные слои, пленки, капилляры, мелкие частицы. Совокупность этих дисперсий вместе со средой, в которой они распределены, образуют дисперсную систему. Именно такими системами является большинство окружающих нас реальных тел. Это кристаллические, волокнистые, пористые, сыпучие вещества, находящиеся в виде суспензий, паст, эмульсий, пен, пыли и т.д. Почва, облака, туман, растения, металлы, полимеры, ткани, продукты питания, химические продукты — все это дисперсные системы, особые свойства которых используются в курсе «Промышленная экология». Введем основные понятия в соответствии с классификациями по агрегат ному состоянию и степени дисперсности [2].

Макрообъект — объект, к которому могут быть применены такие статистические характеристики, как плотность, вязкость, температура, давление и др.

Термодинамическая система — совокупность макроскопических объектов, обменивающихся энергией в форме работы и тепла как между собой, так и с внешней средой.

Гомогенной называется термодинамическая система, внутри ко­торой нет поверхностей раздела макроскопических частей систе­мы, отличающихся по свойствам и составу.

Гетерогенной называется термодинамическая система, не удов­летворяющая этому условию.

Система является физически однородной, если ее состав и фи­зические свойства одинаковы для всех макроскопических частей этой системы.

Фазой называются совокупность всех гомогенных частей термо­динамической системы, которые в отсутствие внешнего силового воздействия являются физически однородными.

Раствор — гомогенная система, состоящая из двух или более числа химически чистых веществ.

Для объектов коллоидной химии характерны два общих при­знака: гетерогенность и дисперсность.

Дисперсность включает такие понятия, как размеры и распре­деление по размерам макрочастей, образующих гетерогенную си­стему, т. е. разделенных поверхностями разделов.

Диапазон дисперсностей гетерогенных систем очень широк: от 10^-9 до > 10^-5.

В гетерогенной системе различают дисперсную фазу — совокуп­ность мелких частиц, и дисперсионную среду, в которой распределе­на дисперсная фаза. Если дисперсная фаза подвижна, то такие сис­темы называются свободнодисперсными. Если подвижность дисперс­ной фазы ограничена, то система называется связнодисперсной.

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы свободно-дисперсные системы подразделяются:

- на ультрамикрогетерогенные (10^-9—10^-7 м);

- микрогетерогенные (10^-7—10^-5 м);

- грубодисперсные (>10^-5 м);

связнодисперсные системы (пористые тела) подразделяются:

- на микропористые (< 10^-9 м);

- переходнопористые (10^-9— 10^-7 м);

- макропористые (> 10^-7 м).

По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды (жидкость — Ж, твердое — Т, газ — Г) для двухфазных систем возможны девять комбинаций, которые соответствуют сле­дующим видам дисперсных систем.