Quelles sont les opérations de transfert de masse?

Les opérations de transfert de masse sont des processus fondamentaux dans diverses industries, jouer un rôle central dans la séparation, purification, et transformer des substances. Ces opérations impliquent le mouvement de la masse d'un endroit à un autre, généralement entraîné par des gradients de concentration, différences de pression, ou différentiels de température. Il est essentiel de comprendre les différents types d'opérations de transfert de masse pour optimiser les processus industriels, Améliorer la qualité des produits, et réduire les coûts. Explorons en détail certaines des opérations de transfert de masse les plus courantes.

• Distillation simple: C'est la forme la plus élémentaire de distillation et convient pour séparer les mélanges avec une différence significative dans les points d'ébullition. Par exemple, separating ethanol from water in a low - proof alcohol solution. In a simple distillation setup, the liquid mixture is heated in a distillation flask, and the vapor rises into a condenser, where it is cooled and converted back into a liquid.

• Fractional Distillation: Fractional distillation is used for separating mixtures with closer boiling points. It involves the use of a fractionating column, which provides multiple stages of vapor - contact liquide. As the vapor rises through the column, it repeatedly condenses and revaporizes. Chaque étape de la condensation et de la révaporisation enrichit la vapeur avec la composante plus volatile. Ce processus est crucial dans le raffinage du pétrole brut, où un mélange complexe d'hydrocarbures est séparé en diverses fractions telles que l'essence, diesel, et kérosène.

• Distillation sous vide: La distillation sous vide est utilisée lorsque les composants du mélange ont des points d'ébullition élevés ou sont de la chaleur - sensible. En réduisant la pression dans le système de distillation, Les points d'ébullition des substances sont abaissés. Cela permet la séparation des composants à des températures plus basses, Minimiser le risque de dégradation thermique. Par exemple, dans la production de certains hauts - moléculaire - polymères de poids ou dans la purification de la chaleur - Produits naturels labiles.

• Absorption physique: En absorption physique, L'absorption du composant de gaz dans le liquide est basée sur la solubilité. Par exemple, Lorsque le dioxyde de carbone est retiré d'un conduit - ruisseau de gaz en utilisant l'eau comme absorbant, Le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau en raison de sa solubilité dans l'eau dans les conditions de température et de pression données. Le taux d'absorption physique est influencé par des facteurs tels que la solubilité du gaz dans le liquide, la surface de contact entre les phases du gaz et du liquide, et la pression partielle du gaz en phase gazeuse.

• Absorption chimique: L'absorption chimique implique une réaction chimique entre la composante gazeuse absorbée et une espèce réactive dans l'absorbant liquide. Cette réaction améliore la capacité d'absorption et la vitesse. Un exemple est l'élimination du dioxyde de soufre à partir du conduit - gaz à l'aide d'une amine - Absorbant basé. Le dioxyde de soufre réagit avec l'amine dans le liquide, formant un composé chimique. L'absorption chimique est souvent préférée lorsqu'il s'agit de faibles - Composants de gaz de concentration ou lorsqu'un degré élevé d'efficacité d'élimination est nécessaire.

• Liquide - Extraction liquide: En liquide - extraction liquide, également connu sous le nom d'extraction de solvant, Deux phases liquides non miscibles sont utilisées. Une phase contient le soluté à extraire, Et l'autre phase est l'extraction du solvant. Par exemple, dans l'extraction de la caféine des grains de café, Un solvant organique comme le dichlorométhane est utilisé. La caféine dans le café - extrait de haricots (phase aqueuse) se dissout dans le dichlorométhane (phase organique) En raison de sa solubilité plus élevée dans le solvant organique. Les deux phases liquides sont ensuite séparées, et le soluté peut être récupéré du solvant d'extraction par un traitement ultérieur, comme la distillation.

• Solide - Extraction liquide: Solide - extraction liquide, Aussi appelé la lixiviation, est utilisé pour extraire des composants solubles à partir d'un matériau solide à l'aide d'un solvant liquide. Dans l'industrie minière, La lixiviation est utilisée pour extraire les métaux précieux des minerais. Par exemple, Dans l'extraction du cuivre à partir des minerais de cuivre, Une solution d'acide sulfurique est utilisée comme agent de lixiviation. L'acide réagit avec le cuivre - contenant des minéraux dans le minerai, dissoudre le cuivre, qui peut ensuite être séparé du résidu solide.

• Séchage convectif: Le séchage convectif est le type de séchage le plus courant. Il s'agit de l'utilisation d'air chaud ou de gaz pour transférer de la chaleur dans le matériau séché. La chaleur fournit l'énergie requise pour vaporiser l'humidité du matériau, Et l'humidité - L'air chargé est ensuite retiré. Par exemple, dans un séchoir à plateau, Le matériau est placé sur les plateaux, et l'air chaud est diffusé sur les plateaux. L'air chaud absorbe l'humidité du matériau et le transporte. Le taux de séchage convectif est influencé par des facteurs tels que la température, humidité, et la vitesse de l'air chaud, ainsi que la surface et la porosité du matériau.

• Séchage de contact: En contact avec le séchage, Le matériau à sécher est en contact direct avec une surface chauffée. La chaleur est transférée de la surface vers le matériau, provoquant la vaporisation de l'humidité. Les séchoirs à tambour sont un exemple de contact - équipement de séchage. Le matériau est réparti dans une fine couche à la surface d'un tambour rotatif, qui est chauffé de l'intérieur. Alors que le tambour tourne, Le matériau sèche, et le produit séché est gratté de la surface du tambour.

• Séchage de l'aspirateur: Le séchage sous vide est utilisé lorsque le matériau est de la chaleur - sensible ou quand un bas - Une teneur en humidité est requise. En réduisant la pression dans la chambre de séchage, le point d'ébullition de l'eau est abaissé, permettant à l'humidité d'être éliminée à une température plus basse. Ceci est utile dans le séchage des produits pharmaceutiques, produits alimentaires, et la chaleur - produits chimiques labiles.

• Osmose inversée: L'osmose inverse est une membrane largement utilisée - processus de séparation, Surtout pour la purification de l'eau. Il utilise un semi - membrane perméable pour éliminer les sels dissous et autres contaminants de l'eau. Sous haute pression, Les molécules d'eau passent à travers la membrane, tandis que les ions et les plus grandes molécules sont rejetées. Ce processus est utilisé dans les usines de dessalement pour convertir l'eau de mer en eau potable et dans la production de haut - Eau de pureté pour les industries pharmaceutiques et électroniques.

• Ultrafiltration: L'Ultrafiltration est utilisée pour séparer les macromolécules, comme les protéines, polymères, et les colloïdes, des solutions. La membrane a des pores d'une plage de taille spécifique, généralement à partir de 0.001 à 0.1 micromètres. Les plus petites molécules et solvants peuvent passer à travers la membrane, tandis que les plus grandes macromolécules sont conservées. L'Ultrafiltration est utilisée dans l'industrie laitière pour concentrer les protéines du lait, dans l'industrie biotechnologique pour la purification des protéines, et dans le traitement des eaux usées pour éliminer les solides en suspension et les grandes molécules organiques.

• Membranes de séparation des gaz: Les membranes de séparation des gaz sont utilisées pour séparer différents composants de gaz d'un mélange de gaz. Par exemple, Dans la séparation de l'hydrogène d'un flux de gaz contenant de l'hydrogène et d'autres gaz, Une membrane sélectivement perméable à l'hydrogène peut être utilisée. Les molécules d'hydrogène traversent la membrane plus facilement que les autres molécules de gaz, en fonction des différences de taille, solubilité, et diffusivité dans le matériau de la membrane.