انتقال جرم به معنی بردن و جدا کردن مکانیکی دو چیز از همدیگر نیست، مثلاً به جدا کردن کاه از گندم توسط الک اطلاق نمی شود بلکه انتقال جرم در زمانی اتفاق می‌افتد که اختلاف غلظت وجود داشته باشد این پدیده در روی سیستمی با حداقل 2 جزء اتفاق می‌افتد. به طور مثال آب و شکر در هم مخلوط می‌شوند اگر غلظت شکر در آن یکسان نباشد شکر در آب پخش می‌شود که به این پدیده انتقال جرم می‌گویند و تا زمانی صورت می‌گیرد که غلظت شکر در همه جای سیستم یکسان شود و یا به تعادل برسد. زمانی که اختلاف غلظت باشد جرم از غلظت بیشتر به غلظت کمتر منتقل می‌شود کلی تر آن است که بگوئیم زمانی که اختلاف پتانسیل شیمیایی در سیستم باشد انتقال صورت می‌گیرد. اگر پتانسیل جزء نادر یک سیستم ثابت نباشد از یک سیستم به سیستم دیگر منتقل می‌شود. علت ثابت نماندن می‌تواند وجود اختلاف غلظت یا انحراف از نقطه‌ای به نقطه‌ای دیگر و یا اختلاف فشار و دما باشد.
هدف مهندسی شیمی طراحی دستگاه های جداسازی (Separation) می باشد که بتواند یک ماده با ارزش یا خطرناک (مثلاً سم موجود در خاک) را توسط یک ماده حلال (مانند آب) طی یک عملیات واحد مانند (Bio_leaching) جدا کند. برای این منظور دانستن اصول و مبانی انتقال جرم ضروری می نماید. لازم به یادآوری است که انتقال جرم فقط تا زمانی که () در سیستم وجود دارد رخ می دهد و به محض رسیدن به تعادل انتشار مولکول های A در بین مولکول های B متوقف می شود.
طبقه‌بندی فرآیندهای انتقال جرم :
1- تماس مستقیم دو فاز نامحلول در همدیگر
2- تماس مستقیم دو فاز محلول در همدیگر
3- فازها توسط غشا از هم جدا شوند (تماس غیرمستقیم دو فاز)
4- استفاده از پدیده‌های جذب سطحی برای جداسازی
مفهوم پدیده‌ی خود نفوذی
یعنی در یک ماده مانند A ، تعدادی از همان داده را نشان‌دار کنند و پخش مولکول‌های نشانه‌دار در بقیه مخلوط را پدیده‌ی خودنفوذی گویند. این عمل برای فرآیند مدل‌سازی است و پخش این مولکول‌های نشانه‌دار در بقیه را انتقال جرم گویند.
بردار نرمال یک صفحه
هر صفحه یک برداری دارد که عمود بر دل صفحه است جهت انتقال همواره عمود بر سطح جانبی است مثلاً وقتی می گوئیم انتقال جرم (حرارت یا ممنتم) شعاعی است یعنی بردار نرمال صفحه انتقال همان راستای شعاع می باشد.
شار یا فلاکس (بردار)
نرخ (اسکالر)
همیشه فلاکس (Flux) یک بردار است در حالیکه (سطح * شار = نرخ) یا همان اسکالر (Rate) است.
در طبقه‌بندی فرآیندهای انتقال جرم گروه 1 بیشترین نمود را در مهندسی شیمی دارند و گروه 2 کم‌ترین نمود چون دو فاز فوراً با هم ترکیب نمی‌شوند.
طبقه‌بندی فرآیندهای انتقال جرم با دیدگاه فاز های در حال تماس
1- تقطیر Distillation
یک روش برای جداسازی دو مایع در همدیگر مثل الکل و آب که از تماس فاز بخار با مایع به وجود می‌آید. با استفاده از اختلاف نقطه‌ی جوش صورت می‌گیرد.
2- جذب absorption
از نوع تماس‌های مایع گاز است که از غلظت‌های کمتر به غلظت‌های بیشتر صورت می‌گیرد. مثل فرآیند کربناسیون آب برای تولید نوشابه که گاز Co2 را در آب حل می‌کنند.
3- برج دفع Stripping
که این فرآیند به صورت رو به رو صورت می‌گیرد به طور نمونه در آمونیاک و آب داریم.
* در برج جذب فشار باید زیاد باشد اما در برج دفع دما باید زیاد باشد.
4- جداسازی مایع مایع liquid- liquid Extraction
که از یک حلال استفاده می‌کنند که یک ماده را در خودش حل می‌کند و دیگری را حل نمی‌کند.
5- جداسازی جامد- مایع (solid- Liquid)
مانند قند موجود در چغندر و یا دانه‌های آفتاب‌گردان (Leaching).
6- تبلور
مثل شکرک موجود در مربا که از نوع تماس فاز جامد و مایع است (Crystalization).
7- جذب سطحی Adsorption
مایع جامد و یا گاز جامد می‌تواند باشد در کارخانه قند برای رنگبری آن از کربن اکتیو استفاده می‌کنند که رنگ را جذب خودش کند.
8- انتقال جرم گاز جامد (gas- liquid)
مثل خشک شدن لباس نم‌دار.
9- رطوبت زنی
مثل کولرهای آبی یا استفاده از پوشال (Humidi fication).
10- انتقال جرم (solid- solid)
مثل کنار هم بودن پلاتین و طلا و مقدار کمی نفوذ که می توان در جامدات منظور گردد باعث تغییر رنگ پلاتین از سفید به زرد خواهد شد.
طبقه بندی فرآیند های انتقال جرم از دیدگاه نوع نیروی محرکه
گاهی اوقات بعد از تعادل با ایجاد یک اختلاف دما یک سری از مولکول‌ها را از ناحیه گرم‌تر به ناحیه سردتر منتقل می‌کرد و جداسازی کرد و گاهی با استفاده از نیروهای گریز از مرکز برای جداسازی استفاده می‌کنیم.
1- Thermal Diffusion
برای جدا کردن ایزومر هلیم 3 و 4 (He3, He4) از سیستمی مطابق شکل زیر که سه ستون سرد، گرم و ستون سرد هلیم 3 و 4 را جدا می‌کند، هلیم 3 به سمت ستون سرد در صورتی که هلیم به سمت ستون یا الکترود گرم حرکت می‌کند.
2- نفوذ جارویی خطی (Linear Sweap Diffusion)
در یک ظرف ترکیبی a، b و c است و می‌خواهیم a را از b و c جدا کنیم، بخار روی طرف تعبیه می‌کند و یکی آبدوست است و همراه جت بخار از داخل ظرف خارج می‌شود.
3- نیروی مرکز گریز centrifugation
مثل شیر و چربی که با استفاده از نیروی گریز از مرکز این دو از یکدیگر جدا می شود بدین ترتیب که یک تانکی است که دور محوری با سرعت بالا w حرکت می‌کند که چربی به محور می‌چسبد، زمانی که جرم مولکول اجزای مورد نظر به هم نزدیک باشد، باید تعداد سانتریفوژها زیاد باشد.
طبقه‌بندی گروه 3
روش غشایی گاز گاز
غشاء یک ماده پلیمری است که یک تراوایی خاصی دارد که می‌تواند یکی از مواد (مانند O2) را عبور دهد اما دیگر (مثلاً N2) را عبور ندهد که می‌گوئیم غشاء نسبت به O2 تراوا و نسبت به N2 ناتراوا است و به این ترتیب فرآیند (Air Oxygen Enrichment) غنی سازی هوا از اکسیژن انجام می شود.
روش غشایی مایع مایع
گاهی بین دو مایع یک غشاء قرار می‌دهند. اگر خون را در کنار مایع دیالیز قرار دهند درهم مخلوط می‌شوند. یک غشاء بین آن‌ها قرار می‌دهند. اگر سموم موجود در خون سیاهرگی بخواهد در دیالیز سریع‌تر وارد شود و انتقال جرم مایع- مایع راحت تر انجام شود از خاصیت الکترواستاتیکی بهره می‌گیرند که الکترو دیالیز می‌نامند. مثلا در خون Na+ و K+ است. اگر در محلول سارین یون منفی قرار دهد آن موقع یون تراوا نسبت به Na+ زودتر عمل دیالیز را انجام می‌دهد.
روش غشایی گاز مایع
مثل دستگاه ریه مصنوعی خون در یک طرف غشاء و اکسیژن در طرف دیگر است. خون در تماس هر ماده خارجی منعقد می‌شود روی غشاء و هپارین می‌ریزند و در تماس با هوا قرار می‌دهند تا منعقد نشود.
روش غشایی مایع مایع اسمز معکوس
برای شیرین‌سازی آب دریا استفاده می‌کنند. جهت تراوایی آن معکوس است و در این جا غشاء فقط نسبت به مولکول‌های حلال تراواست.
طبقه‌بندی گروه 4
فرایند سطحی یا کف کردن
موادی استفاده می‌کنند که کشش سطحی مایع و گاز را کم کنند و باعث جداسازی اجزا می‌شوند. مثلا اگر در حوض آبی پودر لباسشویی ریخته شود و بخواهیم کف از آب جدا شود، باید از یک سرنگ نفت استفاده کنند.
انتقال جرم به انتشار و پراکنده شدن دو یا چند ماده در یکدیگر است و نه به معنای جدا کردن مکانیکی است.
شامل 168 صفحه فایل WORD قابل ویرایش
دانلود تحقیق انتقال جرم