Контрольные вопросы

1.Основные понятия жидкостной экстракции: исходный раствор, экстрагент, экстракт, рафинат. Принципиальная схема жидкостной экстракции.

2.Аппаратурная схема жидкостной экстракции, принцип работы. Требования, предъявляемые к экстрагентам, понятие их селективности.

3.Движущая сила экстракции. Диаграммы равновесия и их изображение; понятие бинодальной кривой и хорды равновесия; определение количества и состава экстракта, и рафината по диаграмме; правило рычага.

4.Одноступенчатая экстракция, материальный баланс, изображение процесса на прямоугольной и треугольной диаграмме, преимущества и недостатки метода.

5.Многоступенчатая экстракция при перекрестном токе экстрагента, материальный баланс, изображение процесса на прямоугольной и треугольной диаграмме, преимущества и недостатки метода.

6.Многоступенчатое противоточное экстрагирование, материальный баланс, изображение процесса на прямоугольной и треугольной диаграмме, преимущества и недостатки метода.

7.Классификация, устройство и принцип работы экстракторов.

3.Массопередача в системах с твердой фазой

К массообменным процессам с участием твердой фазы относят адсорбцию, ионный обмен, выщелачивание, кристаллизацию, сушку.

К аждый из этих процессов имеет ряд специфических особенностей отдельных стадий протекания процесса, но в тоже время и ряд общих закономерностей механизма массопереноса. Индивидуальные особенности этих процессов будут рассмотрены в соответствующих разделах. Характерной же общей чертой является наличие диффузионного пограничного слоя (ВС) на границе твердая фаза – жидкость (Т-Ж) или твердая фаза – газ (Т-Г). Именно это позволяет выявить общие стадии механизма массопереноса в этих системах и использовать аналогичные законы кинетики массопередачи, рассмотренные ранее на примере систем газ – жидкость; жидкость - жидкость:

• перенос вещества в движущемся потоке внешней, менее плотной фазы (конвективный механизм, АВ);

• перенос вещества в пограничном слое (молекулярный диффузионный механизм, ВС);

• перенос вещества в твердом пористом теле (внутренний массообмен СD).

Перенос вещества в движущемся потоке внешней фазы, осуществляемый конвективной диффузией, описывается II законом Фика. Диффузионный перенос вещества в пограничном слое характеризуется законом молекулярной диффузии (I законом Фика). Совместный перенос вещества из ядра потока менее плотной фазы к границе раздела фаз - внешний массоперенос описывается известным законом массоотдачи Щукарева

. (138)

Перечисленные закономерности переноса вещества рассмотрены ранее в теории массопередачи (гл. 1.3, 1.4), особенностью рассматриваемых систем Т-Ж (Т-Г) является третья стадия – внутренний массообмен.

Внутреннй массоперенос - перенос в твердых пористых телах включает в себя ряд элементарных процессов: объемную диффузию компонента в порах тела, поверхностную диффузию (на внутренней поверхности пор), диффузию в самой твердой фазе (для ионнообменных сорбентов), термодиффузию. Каждый из этих элементарных процессов имеет соответствующую форму записи в виде линейного градиентного уравнения, что значительно осложняет описание массопереноса в твердой фазе. Поэтому на практике все эти процессы, в случае их протекания в стационарных условиях (когда концентрация вещества изменяется только по координате), описывают в виде единого уравнения, выражая движущую силу каждого элементарного процесса через градиент концентрации компонента в твердом теле

(139)

где М – количество переносимого вещества, кг; F – поверхность пористого тела, м²;  - время процесса, с; – градиент относительной массовой концентрации вещества в твердой фазе, кг/(кгм); _ч – плотность частицы, кг/м³. Знак минус в уравнении (139) указывает на тот факт, что перенос вещества осуществляется в направлении противоположном градиенту концентраций.

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении D_э назвали коэффициентом массопроводности (эффективной диффузии, м²/с), при наличии конвективного потока в порах тела - коэффициентом эффективной массопроводности, а полученное уравнение (139) – уравнением массопроводности (внутренней диффузии), характеризующим внутренний массоперенос в пористом теле.

Разделив правые части уравнений (139) и (138) получают безразмерный критерий Био (Bi), характеризующий соотношение внешнего и внутреннего массопереноса в твердой фазе

. (140)

Величина этого критерия позволяет выявить лимитирующую стадию процесса массопередачи и упростить его описания. Так, например, если , процесс лимитируется внутренней диффузией компонента к границе раздела фаз, внешним диффузионным сопротивлением в этом случае можно пренебречь. Если же , то процесс протекает во внешнедиффузионной области и внутренним диффузионным сопротивлением можно пренебречь. В промежуточной области критерия Био необходимо учитывать обе стадии.

В случае нестационарности процесса внутренней диффузии, перемещение поглощенного вещества описывают критериальным уравнением массопроводности:

, (141)

где С_х, С_х,н, С_х,р – текущая, начальная и равновесная концентрации вещества в твердой фазе, у – текущая координата, l – определяющий размер тела, Fo – критерий Фурье, учитывающий нестационарность процесса переноса вещества.

Как и для других процессов массопереноса, в расчетах массообменных процессов с твердой фазой при описании кинетики процесса используются ранее рассмотренные уравнения массоотдачи и массопередачи.