Перенос массы в твердых телах (диффузия).

16  Классификация массообменных процессов. Механизм переноса массы в твердых телах и подвижных средах. Основные закономерности массообменных процессов (правило фаз Гиббса и принцип Ле-Шателье).

Массообменные процессы– процессы переноса вещества из фазы в фазу. Их используют для разделения гомогенных и гетерогенных систем с целью концентрирования содержащихся в фазах веществ. Переработанная фаза может являться конечным продуктом либо полупродуктом. Применяя массообменные процессы, удаляют вредные примеси из технологических сред, стоков и газовых выбросов, а также извлекают из отходов, стоков и выбросов ценные вещества. Массообменные процессы в промышленных условиях протекают между следующими фазами: газовой и жидкой; паровой и жидкой; жидкой и твёрдой; газовой и твёрдой; между двумя жидкими (несмешивающимися жидкостями). В зависимости от природы фаз и сущности протекающих явлений массообменные процессы делятся на: - абсорбцию (поглощение газа или пара жидкостью); - перегонку (разделение жидких однородных смесей, состоящих из компонентов различной летучести, осуществляемое при взаимодействии жидкости и пара, полученного при испарении разделяемой жидкости); - адсорбцию (поглощение газового компонента из газовой фазы либо жидкого компонента из жидкой фазы твёрдым поглотителем); - экстракцию жидкостную (извлечение целевого компонента из жидкой фазы другой жидкостью, практически не смешивающейся с разделяемой); - экстракцию твёрдофазную (извлечение целевого компонента жидкостью из твёрдой фазы); - кристаллизацию(выделение твёрдой фазы из жидкого пересыщенного раствора или расплава); - растворение (переход твёрдого вещества в жидкий раствор); - сушку термическую (удаление из твёрдого или пастообразного материала влаги с переводом её в газовую за счёт испарения). Массоотдача – перенос распределяемого вещества из ядра фазы к её границе (или наоборот, от границы фазы в её ядро). Массопередача– перенос распределяемого вещества из ядра отдающей фазы в ядро принимающей фазы. Перенос вещества в фазе возникает при наличии разности концентраций его в различных областях данной фазы.

Диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала вещества).

Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: если один конец стержня нагреть или электрически зарядить, распространяется тепло (или соответственно электрический ток) от горячей (заряженной) части к холодной (незаряженной) части. В случае металлического стержня тепловая диффузия развивается быстро, а ток протекает почти мгновенно. Если стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно, а диффузия электрически заряженных частиц — очень медленно.