انتقال جرم

هنگامی که دو فاز از ترکیب های مختلف در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، انتقال مولفه ها ممکن است از یک فاز به فاز دیگر و بالعکس اتفاق بیفتد. این اساس فیزیکی از انجام عملیات انتقال جرم است. اگر دو فاز برای زمان کافی در تماس با یکدیگر قرار گیرند، آنها به شرایط تعادلی خواهند رسید که در آن هیچ انتقال مولفه ای میان دو فاز وجود نخواهد داشت . در بسیاری از حالت های مورد علاقه در عملیات انتقال جرم، دو فاز تنها تا حدودی قابل حل هستند، به طوری که در حالت تعادل وجود دارند هنوز هم می توانند از یکدیگر جدا شوند . معمولا، این دو فاز دارای ترکیبات مختلفی از یکدیگر دارند و نیز متفاوت از ترکیبات دو فاز دارند که به طور اولیه در تماس با یکدیگر بودند. در نتیجه، مقدار نسبی مولفه ها که میان فازها می یابند متفاوت هستند، به طوری که جدایی بدست می آید. تحت شرایط مناسب، جدایی و تماس مکرر می تواند منجر به جدایی تقریبا کامل مولفه ها شود. ترکیبات غیر مشابه به فاز های تعادلی پدیده های فیزیکی برای فرآیند های جداسازی هستند که نیازمند تجهیزات چند مرحله ای است.
فرایندهای جداسازی: فرآیندهای جداسازی اصطلاح شامل آن دسته از عملیات های واحدی میشود که شامل جدایی مولفه ها به وسیله انتقال جرم میان فازها است. هنگامی که با مشکل جدا کردن اجزای یک مخلوط همگن مواجه می شوند مهندس با بهره گیری از تفاوت در خواص ترکیبات موجود در مخلوط را برای اثر گذاری می فهمد.  خواص فیزیکی و شیمیایی مختلف از اجزای تشکیل دهنده مخلوط برای تعیین مورد بررسی قرار می گیرند برای تعیین خواص که ارائه بزرگترین تفاوت در میان اجزاء، به دلیل تفاوت بیشتر در مالکیت به طور کلی اجازه جدایی ساده تر، مقرون به صرفه تر شده است . البته مهندس باید بسیاری از عوامل دیگر را در رسیدن به انتخاب فرایندهای جداسازی در نظر بگیرد. انرژی مورد نیاز، هزینه و در دسترس بودن فرایند و مواد سازنده ، و گام کلی در فرایند شیمیایی همه در تعیین این که فرآیند جداسازی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است سهم دارند.
عملیات واحد با آن فرآیندهای جداسازی در نظر گرفته می شود که وابسته به اختلاف در خواص فیزیکی، و نه از رفتار شیمیایی هستند.  چنین فرایند هایی وابسته به اساس تفاوت در ترکیب فاز در تعادل و یا به تفاوت در نرخ انتقال جرم از اجزاء یک مخلوط است.
تقطیر: فرایند جداسازی که به طور خیلی وسیع در صنایع شیمیایی استفاده می شود تقطیر است. این عملیات واحد نیز به عنوان تقطیر جزء به جزء و یا جزء به جزء به آن اشاره شده است. جداسازی ترکیبات بر اساس تفاوت در درجه تبخیر است. در تقطیر، فاز بخار با فاز مایع در تماس است و جرم هر دو از مایع به بخار و بخار به مایع منتقل می شود. مایع و بخار به طور کلی شامل اجزای اما در مقادیر مختلف نسبی هستند. مایع در نقطه حباب، و بخار در تعادل با آن در این نقطه است . جرم به طور لحظه ای از مایع به وسیله تبخیر و از بخار توسط چگالش منتقل می شود.  اثر خالص افزایش در غلظت جزء فرار در بخار و جزء کمتر فرار در مایع است. تبخیر و میعان گازها شامل گرمای نهان تبخیر از اجزای می شود ، و در نتیجه اثر حرارت باید در محاسبات تقطیر در نظر گرفته شود. در محلول ایده آل (مانند مخلوطی از بنزن و تولوئن)، فراریت را می توان به طور مستقیم به فشار بخار جزء خالص هر یک از اجزای مرتبط باشد. در محلول غیر ایده آل (مانند مخلوطی از اتانول و آب)، هیچ رابطه ساده ای وجود ندارد. تقطیر به طور گسترده ای برای جداسازی مخلوط های مایع در اجزای کمتر خالص یا بیشتر خالص مورد استفاده قرار می گیرد . از آنجا که تقطیر شامل تبخیر و چگالش مخلوط است ، مقدار زیادی از انرژی مورد نیاز است.
یک مزیت بزرگ از تقطیر این است که نیاز به هیچ مخلوطی ندارد تا جداسازی موثر شود.  بسیاری از فرآیندهای جداسازی دیگر نیاز به افزودن یک جزء دیگر دارند ، که پس از آن مرحله باید حذف شود.  دما و حجم از موادیکه می جوشد به فشار بستگی دارد. فشار ممکن است به منظور کاهش حجم و یا افزایش درجه حرارت به منظور تسهیل در تقظیر استفاده شود ، کاهش فشار ممکن است برای پایین آوردن نقطه جوش زیر نقطه تجزیه حرارتی نیاز است .
کاربرد تقطیر فوق العاده متنوع هستند. برای استفاده در فولاد گیری، اکسیژن خالص، سوخت موشک، و برای برنامه های کاربردی پزشکی، با عمل تقطیر هوا است که مایع تولید می شود. نفت خام ابتدا به تعدادی از فراکسیون (مانند گازهای سبک، نفتا، بنزین، نفت سفید، نفت سوخت، روغن موتور، و آسفالت) در ستون های تقطیر بزرگ از هم جدا شده است. این کسری بیشتر به محصولات نهایی پردازش، و تقطیر اغلب در مراحل میانی در تولید محصولات نهایی استفاده می شود.
تقطیر غالبا در تجهیزات چند مرحله به اجرا در می آید، به طور مداوم در تماس با تجهیزات نیز استفاده می شود.
جذب و دفع گاز : جذب گاز شامل انتقال و یا یک جزء محلول در فاز گازی به مایع نسبتا ازاین جاذب است. حذف جزئی از مایع در تماس با فاز گازمی باشد. دفع روند معکوس است.
در ساده ترین حالت از جذب گاز، هیچ کدام از جاذب مایع تبخیر نمی شود و گاز شامل تنها یک جزء محلول است. به عنوان مثال، آمونیاک را از مخلوط آمونیاک با هوا از طریق تماس گاز با آب مایع در دمای اتاق جذب می شود. آمونیاک محلول در آب است، اما در هوا تقریبا نامحلول است. آب را به میزان قابل ملاحظه ای در دمای اتاق تبخیر نمیشود. در نتیجه، تنها انتقال جرم از آمونیاک از فاز گاز به مایع است. از آنجایی که آمونیاک به مایع منتقل می شود، غلظت آن را افزایش می دهد تا زمانی که آمونیاک حل شده در تعادل با آن در فاز گازی است. هنگامی که تعادل برقرار می شود ، هیچ انتقال جرم خالصی وجود دارد.
در حالتهای با پیچیدگی بیشتر، چندین جزء ممکن است جذب شوند وبخشی از جاذب ممکن است تبخیر شود .
در تجهیزات جذب، جاذب مایع زیر نقطه حباب آن و فاز گاز و بالاتر از نقطه شبنم آن است. اختلاف زیاد میان تقطیر و جذب گاز این است، که فازهای مایع و گاز معمولا شامل تمام اجزاء یکسان نیستند.  اثرات گرما در جذب به علت حرارت از محلول گاز جذب شده هستند ، در مقابل با گرماهای تبخیر و چگالش که در تقطیر موثرند.
جذب شامل افزودن اجزاء به سیستم (به عنوان مثال، مایع جاذب) می باشد. در بسیاری از موارد، حل شونده باید از جاذب حذف شود. این حذف ممکن است نیاز به یک ستون تقطیر، دفع کننده ، و یا برخی از فرآیند جداسازی دارد.
دفع و یا حذف، در مقابل جذب است. در این حالت، گاز حل شده از مایع به فاز گاز منتقل می شود، زیرا غلظت در مایع بیشتر از آن است که در تعادل با گاز است. به عنوان مثال، آمونیاک را می توان از محلول آبی به وسیله هوای تازه در حال حباب سازی از طریق محلول حذف کرد . هوای وارد شده حاوی آمونیاک و مایع نیست ، بنابراین انتقال از مایع به گاز است.
جذب و دفع  به طور گسترده ای در صنایع شیمیایی استفاده می شود. اسید هیدروکلریک به وسیله جذب گاز هیدروژن کلرید در آب تولید می شود. تخمیر هوازی لجن فاضلاب نیاز به جذب هوا دارد .عمل آمیختن با نوشابه شامل جذب دی اکسید کربن  است و برخی از دفع رخ می دهد زمانی که  بطری باز می شود و فشار کاهش می یابد.
هم جذب و هم دفع با تجهیزات چند مرحله ای و به میزان کمتری در تماس با تجهیزات پیوسته انجام می شوند.