Массообменные процессы в технологии
Мас. пр. — такие технол. процессы, скорость протекания к-рых определяется скоростью переноса вещ-ва (массы) из одной фазы в другую конвективной и молекулярной диффузией. Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций распределяемого вещ-ва во взаимодействующих фазах.
По агрегатному состоянию вещества можно представить основные фазы: «газ-жидкость» (Г-Ж), «газ-твердое тело» (Г-Тв.т), «жидкость-жидкость» (Ж—Ж), «жидкость-твердое тело» (Ж-Тв.т) и др. В зависимости от сочетания фаз имеются способы их разделения. Так, при сочетании Г-Ж разделение возможно дистилляцией, ректификацией, абсорбцией, сушкой и увлажнением; Г-Тв.т — сублимационной сушкой, адсорбцией; Ж-Ж жидкостной экстракцией; Ж-Тв.т—фракционной кристаллизацией, экстрагированием, адсорбцией, ионным обменом.
Экстракция в системе «ж — ж» — процесс извлечения растворенного вещества или веществ из жидкости с помощью специальной другой жидкости, не растворяющейся или почти не растворяющейся в первой, но растворяющей экстрагируемые компоненты.
Жидкость, используемая для извлечения компонентов, называется экстрагентом. Массообмен между фазами протекает при их непосредственном контакте. Полученная в результате экстракции жидкая смесь поступает в разделитель, в котором разделяется на экстракт — раствор экстрагированных веществ в экстрагенте и рафинат — остаточный раствор, из которого экстрагированы извлекаемые компоненты.
Экстракция из твердых тел (выщелачивание, экстрагирование)— извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью растворителя, обладающего избирательной способностью.
В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного или животного происхождения. Примерами таких процессов могут служить посол, маринование, копчение и др. В них солевой или водный раствор либо сложный по составу газ проникает вглубь твердого пористого продукта, смешивается с водными растворами, заполняющими их поры, и передает им часть своих растворенных веществ. В кач-ве растворителей используют воду (для экстрагирования сахара из свеклы, кофе, цикория, чая), спирт и водно-спиртовую смесь (для получения настоев в ликеро-водочном и пивобезалкогольном пр-вах), бензин, трихлорэтилен,
Выщелачивание является основным процессом в свеклосахарном производстве. С помощью бензина извлекается растительное масло из семян подсолнечника.
Для разделения однородных и неоднородных систем используют сорбционные процессы, основанные на явлении сорбции. Сорбция — любой процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим (сорбентом). В зависимости от механизма поглощения различают абсорбцию, десорбцию, адсорбцию.
Абсорбция — процесс поглощения одного вещества другим всем объеме сорбента. Примером может служить растворение газов в жидкостях. Поглощаемое вещество в этом процессе наз. абсорбатом, а поглощающее абсорбентом.
Обратный процесс - выделение сорбата из сорбента называется десорбцией. Если между веществами происходит химическое взаимодействие, то процесс называется хемосорбцией.
Процессы абсорбции широко распространены в пищ. и хим. промышленности. Так, при получении важных хим. продуктов (соляной, серной кислоты и др.) процесс абсорбцииявляется основной технол. стадией производства.
В пищ. пром-ти углекислым газом насыщают алк. напитки, пиво и некоторые сорта вин. В крахмальном производстве полученный из сернистого газа раствор используют для замочки кукурузы, а в свекло-сахарном производстве сахарный раствор обрабатывают углекислым газом, а затем полученный сироп — сернистым газом.
Разделение жидких однородных смесей (растворов), состоящих из двух или большего числа летучих компонентов, производится перегонкой или ректификацией.
Разделение путем перегонки основано на различной tо кипения отдельных вещ-в, входящих в состав смеси, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой tо кипения переходит в пары, а компонент с более высокой tо кипения остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя дистиллят или ректификат, а неиспаренная жидкость называется остатком.
Ректификация заключается в многократном испарении исходной смеси и конденсации образующихся паров, в противоточном воздействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получаемой при конденсации паров. Прим. в спиртовом и ликеро-водочном пр-вах, эфирных масел, при переработке нефтепрод. и др.
Процесс сушки — удаление влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. Прим. в хим. пром. и во всех отраслях пищевой промышленности (в свеклосахарном, спиртовом, пивоваренном и других производствах). Сушке подвергаются зерно, хлеб, макаронные изделия, мармелад, пастила, молоко, яйца, фрукты, овощи и др. Это тепловой и диффузионный процесс, при котором влага удаляется из продукта за счет тепловой энергии, подводимой к нему.
Кристаллизация - процесс разделения однородных жидких растворов на твердую и жидкую фазы: растворенное вещество и растворитель. Применяют при получении сахарозы, глюкозы, поваренной соли, лимонной и молочной кислот, глютамата натрия и др.
Растворение — процесс, образования однородного раствора из твердой и жидкой фаз, процесс обратный кристаллизации.