6. Ректификация – разделение жидких однородных смесей на составляющие вещества или группы веществ в результате противоточного взаимодействия паровой смеси и жидкой смеси.

7. Экстракция – извлечение одного или нескольких растворенных веществ из одной жидкости другой жидкостью, практически не смешивающейся (или частично смешивающейся) с первой. Один из основных (наряду с ректификацией) способов разделения жидких однородных смесей.

8. Сублимация – перенос вещества из твердой фазы в паровую, миную жидкую. Для сублимации характерна обратимость процесса. Благодаря этому возможно выделение сублимацией из смеси твердых веществ одного или нескольких компонентов, а затем в других условиях десублимация их, т.е. выделение нужного компонента из паровой фазы в чистом виде.

9. Адсорбция – поглощение газов или паров из газовых смесей или растворенных веществ из растворов твердыми поглотителями, называемыми адсорбентами. Особенностью процессов адсорбции являются избирательность и обратимость.

10. Сушка – процесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров.

11. Процессы мембранного разделения смесей, или мембранные процессы - процессы разделения смесей посредством полупроницаемых мембран (обратный осмос, ультрафильтрацию, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов).

12. Классификация – процесс разделения однородного сыпучего материала по размерам кусков (частиц).

По виду затрачиваемой энергии процессы разделения можно на:

1. Механические процессы разделения - затрачивается только механическая работа (мембранное разделение, фильтрование, осаждение);

2. Термические процессы разделение (ректификация, выпаривание, сублимация, конденсация);

3. Электрические процессы разделения (некоторые процессы мембранного разделения, осаждение под действием электрического поля);

В установках центрифугирования, мембранного разделения, в циклах адсорбции-десорбции, работающих за счет изменения давления, затрачивается только работа (механическое разделение), в процессах абсорбционно-десорбционных, ректификации и др. - только тепло (термическое разделение). В некоторых случаях число отводимых и подводимых потоков может быть больше (равно m), однако в этих случаях можно, как правило, представить систему разделения как соединение отдельных блоков, каждый из которых имеет структуру, представленную на рис. 1.

3. Термодинамическое описание систем разделения

Типовые задачи и методы ТВК.

Термодинамика при конечном времени (ТВК) используется для анализа, оценки предельных возможностей и выявления направлений совершенствования различных технологических процессов.

К типовым задачам ТВК относится составление балансовых уравнений для вещества, энергии и энтропии внешних по отношению к процессу потоков.

Уравнения термодинамических балансов – материальных, энергетического и энтропийного - связывают между собой параметры входных и выходных потоков в стационарном режиме. Балансовые уравнения позволяют выявить зависимость между параметрами внешних потоков (расходами, концентрациями, температурами, давлениями и т.д.) и количеством производимой в процессе энтропии. В обратимых процессах производство энтропии равно нулю, в необратимых – больше нуля. Отсюда следуют ограничения, накладываемые на входные потоки – выделяется множество достижимости в пространстве параметров входных и выходных потоков. Если же на систему наложить дополнительное условие заданной средней интенсивности или конечной продолжительности, то можно найти минимально возможное при данных ограничениях производство энтропии (рассеяние энергии). В реальных системах производство энтропии меньше минимально возможного, что сужает область достижимости.

Основываясь на балансовых уравнениях, можно исследовать характер зависимостей между традиционными показателями эффективности технологического процесса (производительность, КПД, и т.д.) и термодинамическими – количеством рассеянной (диссипированной) энергии и производимой энтропией. Как правило, эти зависимости монотонно ухудшаются с ростом диссипации и достигают своих предельных значений в обратимом процессе, что позволяет получить оценки, аналогичные КПД Карно для процессов самой разной природы.

Производство энтропии является мерой степени потери полезной энергии при её преобразовании. Поэтому уменьшение производства энтропии приводит к улучшению процесса и повышению показателей его эффективности – повышению КПД, уменьшению энергетических затрат, повышению производительности и т.д., при сохранении остальных показателей неизменными. Кроме того, при помощи балансовых уравнений может быть исследована чувствительность показателей эффективности процесса к производству энтропии или связь между различными характеристиками процесса.

Составление балансовых уравнений.

В систему могут поступать вещества конвективно (с потоками) и диффузионно (вследствие диффузии). Обозначим мольный расход веществ в конвективных потоках как , а в диффузионных как где j - номер потока. Кроме того, в системе могут происходить химические реакции со скоростями (n=1,2,…), совершаться механическая работа мощностью . Потоки тепла, поступающего в систему, обозначим как .

Рис. 1. Расчетная схема процесса разделения.

Для определённости будем считать потоки положительными, если они входят в систему и отрицательными, если выходят. Работа считается положительной, если совершается системой над окружающей средой.

Приведём общий вид балансовых уравнений.

Материальный баланс.

Обозначим число молей i-того компонента в системе через . Изменение числа молей i-того компонента в системе за единицу времени определяется потоками вещества и протекающими в системе химическими реакциями:

Здесь - мольная доля i-того компонента в j-том потоке, - стехиометрический коэффициент, с которым k-тый компонент входит в уравнение n-той реакции (для расходующихся веществ), - скорость n-той реакции.

Энергетический баланс.

Изменение энергии системы за единицу времени определяется потоками энергии вносимой и уносимой вместе с конвекционными потоками вещества, изменением энергии за счёт диффузионного обмена веществом, потоками тепла (за счёт теплопроводности, переноса излучением, хим. реакции):