Системы твердое тело-жидкость. Лекция 10

Август 2, 2022

Главная
Медицина
Системы твердое тело-жидкость. Лекция 10

Содержание

2. Экстракция в системе твердое тело — жидкость представляет собой процесс извлечения (благодаря избирательной растворимости) одного или
3. В первом случае экстракция заключается в извлечении твердой фазы, причем извлека-емый компонент последовательно раство-ряется в жидкости
4. При любом состоянии извлекаемого компонента в порах (твердом или жидком) скелет сложного твердого вещества остается неизменным
5. Первое связано с диффузией вещества изнутри пор твердых частиц к их поверхности, второе — с диффузией
6. В качестве избирательных растворителей при экстракции из твердых веществ в химической промышленности наиболее часто применяют воду
7. После смешения твердой и жидкой фаз одновременно начинаются процессы проникновения растворителя в поры под действием капиллярных
8. Равновесие при экстракции в системе твердое тело - жидкость наступает тогда, когда химический потенциал растворенного вещества
9. Обычно вблизи поверхности твердого тела равновесие устанавливается очень быстро. Поэтому концентрация на границе твердой фазы может
10. Тогда скорость межфазного перехода равна где F - поверхность растворения твердого вещества в момент времени β
11. Поэтому согласно первому закону Фика:
12. Сопоставляя уравнения получим, что Следовательно, коэффициент массоотдачи пропорционален коэффициенту диффузии и обратно пропорционален толщине прилегающего пограничного
13. Другим фактором, ускоряющим растворение и выщелачивание, является температура, так как с повышением ее возрастает величина снас
14. Использование избыточных давлений позволяет проводить выщелачивание при температурах, превышающих температуру кипения жидкости при атмосферном давлении. Избыточное
15. Измельчение (степень измельчения) приводит к увеличению поверхности соприкосновения фаз, а также позволяет сократить путь вещества, диффундирующего
16. , В отличие от простого растворения в процессе выщелачивания, доступная для взаимодействия с жидкостью поверхность извлекаемого
19. Скачать презентацию

Слайд 2

Экстракция в системе твердое тело — жидкость представляет собой процесс извлечения

(благодаря избирательной растворимости) одного или нескольких компонентов из сложного твердого вещества пористой структуры. Извлекаемый компонент содержится в порах твердого вещества либо в твердом виде, либо в растворенном состояние .

Слайд 3

В первом случае экстракция заключается в извлечении твердой фазы, причем извлека-емый компонент

последовательно раство-ряется в жидкости (избирательном раст-ворителе), проникающей в поры исходного сложного твердого вещества, диффундирует к наружной поверхности последнего и затем диффундирует от этой поверхности в основную массу жидкости. Во втором случае процесс сводится к извлечению растворенного вещества, которое диффундирует из пор твердого вещества в основную массу жидкости.

Слайд 4

При любом состоянии извлекаемого компонента в порах (твердом или жидком) скелет

сложного твердого вещества остается неизменным и играет в процессе экстрагирования роль инертного носителя.
В химической технологии широко распространены процессы растворения твердых тел в жидкостях. Под растворением мы будем понимать переход вещества в раствор с поверхности твердых частиц, целиком состоящих из растворяющегося вещества. Таким образом, в отличие от экстракции, здесь растворяющееся твердое тело не имеет инертного (нерастворимого) скелета.
Из указанного выше механизма процессов экстрагирования следует, что в них распределяемому веществу приходится преодолевать как внутреннее, так и внешнее диффузионное сопротивление.

Слайд 5

Первое связано с диффузией вещества изнутри пор твердых частиц к их

поверхности,
второе — с диффузией от поверхности через пограничный слой жидкости в ее основную массу.
При растворении же преодолевается лишь одно внешнее диффузионное сопротивление. Поэтому процессы растворения протекают быстрее процессов экстрагирования

Слайд 6

В качестве избирательных растворителей при экстракции из твердых веществ в химической

промышленности наиболее часто применяют воду или водные растворы некоторых неорганических кислот; при этом процесс извлечения называют
выщелачиванием.
Выщелачивание является, в частности, первой стадией химической переработки минерального сырья, из которого этим способом извлекают ценные компонен-ты, отделяемые от инертного материала (пустой поро-ды). При взаимодействии избирательного растворителя с исходным твердым материалом обычно образуются гетерогенные текучие системы, называемые пульпами.

Слайд 7

После смешения твердой и жидкой фаз одновременно начинаются процессы проникновения растворителя

в поры под действием капиллярных сил и растворения целевых компонентов, находящихся на внешней поверхности пористых частиц и в устьях крупных капилляров. Проникновению растворителя препятствует воздух, находящийся в порах, из-за чего продолжительность процесса может быть значительной. Для ускорения процесса применяют предварительное вакуумирование сырья, замену воздуха на легкорастворимый газ, повышение давления и различного рода колеба-тельные воздействия на систему.

Слайд 8

Равновесие при экстракции в системе твердое тело - жидкость наступает тогда,

когда химический потенциал растворенного вещества становится равным величине его химического потенциала в исходном твердом материале. Достигаемая при этом предельная концентрация раствора соответствует насыщению последнего и называется растворимостью. Движущей силой процессов экстракции жидкостью из твердых материалов является разность между концентрацией растворяющегося вещества у поверхности твердого тела сгр и его средней кон-центрацией с0 в основной массе раствора.

Слайд 9

Обычно вблизи поверхности твердого тела равновесие устанавливается очень быстро. Поэтому концентрация

на границе твердой фазы может быть принята равной концентрации насыщенного раствора снас, а движущая сила - выражена разностью
= снас – со.

Слайд 10

Тогда скорость межфазного перехода равна
где F - поверхность растворения твердого вещества в момент

времени β - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе

Изменение концентрации растворяющегося вещества упрощенно представлено на рис. Из него видно, что наиболее резко падение концентрации происходит в области диффузионного пограничного подслоя толщиной δ. Соответственно наиболее медленной и лимитирующей стадией процесса является перенос растворяющегося вещества в этом подслое путем молекулярной диффузии.

Слайд 11

Поэтому согласно первому закону Фика:

Слайд 12

Сопоставляя уравнения получим, что
Следовательно, коэффициент массоотдачи пропорционален коэффициенту диффузии и обратно

пропорционален толщине прилегающего пограничного слоя, которая, в свою очередь, зависит от гидродинамической обстановки вблизи растворяю-щихся твердых частиц. Чем быстрее движение жидкости относительно твердой частицы, тем тоньше диффузионный пограничный слой и тем больше коэффициент массоотдачи. Поэтому перемешивание жидкости, позволяющее изменить величину массоотдачи и равномерно распределить твердые частицы в жидкости, дает возможность существенно ускорить растворение.

Слайд 13

Другим фактором, ускоряющим растворение и выщелачивание, является температура, так как с

повышением ее возрастает величина снас и при прочих равных условиях увеличивается движу-щая сила. Кроме того, при повышении температуры возрастает значение коэффициента диффузии D вследствие умень-шения вязкости жидкой фазы, что также способствует увеличению скорости процесса.

Слайд 14

Использование избыточных давлений позволяет проводить выщелачивание при температурах, превышающих температуру кипения

жидкости при атмосферном давлении. Избыточное давление, создаваемое насосом, дает возможность осуществлять процесс при значительно более высоких скоростях жидкости, обрабатывая более мелко измельченные твердые пористые материалы и преодолевая при этом возросшее гидравлическое сопротивление системы. В результате процессы выщелачивания под давлением протекают с большей скоростью.

Слайд 15

Измельчение (степень измельчения) приводит к увеличению поверхности соприкосновения фаз, а также

позволяет сократить путь вещества, диффундирующего из глубины пор к поверхности твердого материала. Однако практически степень измельчения ограничена ввиду того, что ее увеличение сопровождается возрастанием расхода энергии на измельчение, и является экономически целесообразным лишь до определенного предела. Степень измельчения лимитируется также необходимостью проведения фильтрования после процесса выщелачивания.

Слайд 16

,
В отличие от простого растворения в процессе выщелачивания, доступная для взаимодействия

с жидкостью поверхность извлекаемого компонента перемещается вглубь пор твердого материала. Это приводит к значительному падению скорости выщелачивания, когда скорость процесса начинает лимитироваться скоростью внутренней диффузии из глубины куска (зерна) твёрдого материала к его поверхности.
В соответствии со схемой на рис скорость выщелачивания меньше скорости растворения и определяется по уравнению

Слайд 17