1. Поняття процесу розчинення.

Розчинення твердих частин в рідині - один з найбільш поширених процесів в хімічній технології. В промисловості застосовується розчинення чистих твердих речовин, переведення яких в розчин дозволяє прискорити проведення хімічної реакції або дифузію розчинених речовин, а також вибіркове розчинення одної або декількох речовин із твердих тіл, які являються сумішшю різних компонентів, наприклад. видалення водорозчинних або смоляних речовин із деревини.

Ціль аналізу процесу розчиненя - визначення тривалості процесу, який залежить від температури, інтенсивності перемішування, розчинності речовини.

Розчинність твердих речовин залежить від їх типу, і для деяких речовин приведена в табл.1 Додатку. Розчинність представляє собою граничну концентрацію речовини в рідиніпри даних умовах, значення якої необхідно для розрахунку рухомої сили процесу.

2. Кінетика розчинення.

Розчинення твердих речовин - багатостадійних процес , швидкість якого визначається як швидкість підведення розчинника до поверхні твердого тіла, так і реакцією речовини на поверхні. Якщо швидкість процесу визначається швидкістю дифузії та підведення розчинника, то кажуть, що процес розчинення іде в дифузійній області. Якщо швидкість розчинення визначається реакцією на поверхні твердої речовини, процес протікає в кінетичній області. Значення області протікання процесу дозволяє обгрунтованно управляти швидкістю процесу.

Швидкість процесу, який протікає в дифузійній області, описується рівнянням

= (1)

Де 𝑚 - кількість розчиненої речовини, кг; 𝐹 - поверхня твердих частин, м²;

концентрація в розчині біля поверхні твердої речовини, кг/м³; поточна концентрація в розчині, кг/м³; - коефіцієнт масовіддачі, м/с.

Тоді тривалість процесу розчинення до концентрації буде

μ = , (2)

Де - середня по часу поверхня розчинення.

Коефіцієнт масовіддачі β = D/ δ, де δ - товщина пограничного шару, величина важко визначаєма. Тому коефіцієнт масовіддачі находять по критеріальній залежності

Nu = 0,8 , (3)

Де Nu = /D ; = 𝑣 D ; = 𝑤 / 𝑣 , 𝑣 - кінематична в’язкість рідини, м²/с ; діаметр частини, м; 𝑤 - швидкість обтікання частини рідиною, м/с.

Концентрація - рівна розчинності при даній температурі. Швидкість розчинення, яка протікає в кінетичній області, описується рівнянням

𝐶/ = ̶ 𝐶 (4)

Де - константа швидкості реакції розчинення.

Вирішення цього рівняння відносно часу

τ = ln (5)

Константа швидкості реакції рохчинення залежить від температури по закону Арреніуса

= , (6)

Де - предекспоненціальний множник; Е - енергія активації прцесу, Дж/моль; R - універсальна газова постійна; 𝑇 - температура процесу, К.

Табл. 1 Додатку. Розчинність неорганічних з’єднань у воді при різних температурах, % по масі

Розчинена речовина	Температура °С,
	1	20	40	60	80	100
Бікарбонат амонію	11,9	21	—	—	—	—
Борна кислота	2,66 .	5.04	8,72	14,81
Сульфат заліза	15,65	23,5	40,2	—	—	—
Калія бікарбонат	22,4	33,2	45,4	60	—	—
Калія гідроокис	97	112	12,56	—	—	—
Калія перманганат	2,83	6,4		22,2	—	—
Калія хлорид	27,6	34,0	40,0	45,5	51,1	56,7
Кальція бікарбонат	16,15	16,6	17,05	17,5	17,95	18,4
Кальція гідроокис	0,185	0,165	0,141	0.116	0,094	0,07:
Кальція хлорид	59,5	74,5	—	—	—	—
Магнія гидроокис	—	0,0009:	—	—	64,2	—
Магнія сульфат 1	40,8	44,5	—	53,5		74,0
Міди сульфат	14,3	20,7	28,5	40	55	75,4
Міді хлорид	70,7	77,0	83,8	91,2	99,2	107,9
Натрія бикарбонат	6,9	9,6	12,7	16,4	—	—
Натрія гідроокис	—	109	129	174	—	—
Натрія карбонат	7	21,5	—	—	—	—
Натрія сульфат	—	—	48,8	45,3	43,7	42,3
Натрія сульфіт	—	—	28,0	28,8	28,3	—
Натрія хлорид	35,7	36,0	36,6	37,3	38,4	39,8
Сірки двоокис	22,83	11,29	5,41
Вуглеводу двоокис	0,3346	0,169	0,097	0,058	—	—
Хлор	1,46	0,716	0,451	0,324	0,219	0

Область протікання процесу розчинення можна встановити по наступним ознакам: 1) якщо швидкість процесу залежить від від інтенсивності перемішування і розмірів частин, топроцес протікає в дифузійній області; 2) якщо швидкість розчинення збільшується більш ніж чим в два рази з збільшенням температури на 10°С і енергія активації перевищує 40кДж/моль, процес протікає в кінетичній області.