ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Межфазный барьер из "Жидкостная экстракция в химической промышленности" В основу книги положены лекции по вопросам экстракции, читавшиеся в виде специального курса для студентов химического факультета Вроцлавского политехнического института. В процессе подготовки книги выяснилось, что тематика лекций весьма разнородна и содержит много нового по сравнению с содержанием имеющихся монографий. Освещение процессов жидкостной экстракции до сих пор ограничивалось главным образом рассмотрением равновесных состояний, а механизму процесса и сопутствующим ему явлениям почти не уделялось внимания. Между тем для правильного понимания процесса экстракции необходимо учитывать не только етатику, но и кинетику процесса на основе новейших научных данных (как экспериментальных, так и теоретических), полученных исследователями в разных странах. [c.8] По сравнению с польским оригиналом в русском переводе сделаны некоторые исправления и расширен текст 36 (о пульсационных колоннах). [c.8] Книга написана с учетом главным образом потребностей инже-неров-проектировщиков. К сожалению, в настоящее время нет еще полноценных обобщений по теории жидкостной экстракции, с помощью которых можно надежно определять размеры экстракционных аппаратов. В связи с этим необходимы дальнейшие систематические исследования на моделях и накопление данных о работе промышленных установок. Книга не исчерпывает всей темы. Теория и практика процессов жидкостной экстракции продолжают развиваться, что выражается в появлении в печати все новых и новых работ. По-видимому, автор выполнит свою задачу, если книга сумеет возбуди гь интерес у читателей и склонит их принять активное участие в дальнейших исследованиях экстракционных процессов. [c.8] Экстракция представляет собой технологический процесс, при помощи которого достигается разделение смесей твердых и жидких тел. Разделение осуществляется путем растворения некоторых компонентов смеси в жидкостях, называемых растворителями. Процесс экстракции проводится в двухфазных системах твердое тело—жидкость или жидкость—жидкость. [c.9] Переход экстрагируемых компонентов из исходного раствора в растворитель происходит вследствие разности концентраций, и поэтому данный процесс относится к числу диффузионных. Перемещение молекул целевого компонента происходит до тех пор, пока концентрация не достигнет некоторой предельной величины, которая определяется как состояние физического равновесия. В связи с этим теория процесса экстрагирования основывается на законах, относящихся к явлению растворимости, состоянию межфазного равновесия и диффузии, по аналогии с теоретическим обобщением закономерностей таких известных и широко распространенных диффузионных процессов, как абсорбция и ректификация. [c.9] Экстрагирование, как и каждый диффузионный процесс, в большой степени зависит от температуры и с повышением ее идет скорее. Однако из-за свойств- обрабатываемых систем экстрагирование обычно проводится при умеренных температурах, не превышающих 150° С, а часто даже при температуре ниже температуры окружающей среды. Таким образом, с химической точки зрения процесс экстрагирования обеспечивает разделение исходного раствора с полным исключением термического распада молекул. Эта особенность является большим преимуществом процесса и во многих случаях целесообразно используется. [c.9] Кроме указанных технологических преимуществ в отношении температуры и давления, процесс экстрагирования обладает еще и большими экономическими преимуществами, так как затраты на него меньше, чем, например, на дистилляцию. Низкая стоимость эксплуатации проявляется особенно заметно при малых концентрациях экстрагируемого компонента. [c.10] Процесс экстракции в большинстве случаев проводится при относительном движении обеих фаз. Очень широко применяется противоточное движение фаз, что обеспечивает экономичное решение задачи. Промышленные экстракционные установки работают как по периодическому методу, так и по непрерывному. [c.10] Теория этих процессов рассматривается в специальных разделах курса химической техники, и здесь поэтому дается лишь их описание. [c.10] Простейшая экстракционная система состоит из двух несмешиваю-щихся жидкостей Л и С и вещества В, растворяющегося в обеих жидкостях. Одна из несмешивающихся жидкостей А называется рафинатом (первоначальным растворителем), а вторая С—растворителем (экстрагентом, вторичным растворителем). Растворенное вещество В, называемое экстрактом, может быть жидкостью или твердым телом. В начальном состоянии рафинат А и экстракт В образуют исходный раствор (первоначальный раствор). Часть экстракта Б остается растворенной (экстрагированной) в растворителе С после контакта с ним исходного раствора, причем количество и состав фаз подвержены изменениям в пределах, обусловленных состоянием физического равновесия. Контакт фаз может быть проведен многократно, каждый раз вызывая изменение системы. [c.10] Другая типичная система содержит четыре компонента. Два из них (Л и В) образуют исходный раствор, который нужно разделить, два другие—несмешивающ,иеся растворители (С и О). Компоненты исходного раствора могут быть как жидкостями, так и твердыми телами и в начальном состоянии растворены в одном из растворителей. При контакте обеих жидких фаз (однократном или многократном) происходит растворение компонентов исходного раствора в обоих растворителях. Если растворимость неодинакова, то компоненты исходного раствора будут подвергаться разделению. Экстрагирование в системе из четырех компонентов и двух фаз носит название фракционного экстрагирования. [c.11] Растворение с точки зрения термодинамики связано с уменьшением термодинамического потенциала системы и в связи с этим происходит самопроизвольно и необратимо. Растворение продолжается только до тех пор, пока растворитель не достигнет состояния насыщения. Этот процесс является результатом действия ван-дер-ваальсовых сил взаимного притяжения между молекулами и находится в зависимости от химического строения растворяемого вещества и растворителя. [c.11] Главным источником сил связи являются электрические заряды молекул. Если молекула представляет собой электрический диполь, то проявляются влияния взаимного притяжения двоякого рода. [c.11] Третьим источником сил Ван-дер-Ваальса может быть взаимное притяжение колеблющихся электронов квантово-механического характера (дисперсионный эффект). Оно может появляться у молекул, построенных симметрично и лишенных дипольного момента. [c.11] Давление пара р в идеальной системе не зависит от растворителя. Отклонения от идеальной растворимости связаны с отклонениями от закона Рауля. Ограниченная растворимость дает положительные отклонения от закона Рауля, и наоборот—повышенная растворимость связана с отрицательными отклонениями. [c.12] Идеальная растворимость встречается редко. В большинстве систем природа растворителя значительно влияет на растворимость. Причину отклонений растворимости веществ А и В следует искать прежде всего в различной прочности связей А—А, В—В и А—В. Если силы притяжения почти одинаковы, то растворимость веществ будет велика, что приближает раствор к идеальному. Такое поведение присуще веществам, молекулы которых лишены дипольного момента (неполярны), при растворении в растворителях такого же характера. Если сред.чяя величина сил притяжения А—А и В—В больше, чем сил А—В, то растворимость будет невелика (положительные отклонения от закона Рауля). В этом случае по крайней мере одно из веществ обладает большим дипольным моментом и склонностью к ассоциации. Наконец, если притяжение А—В сильное и оба вещества стремятся к образованию друг с другом сольватов и химических соединений, то растворимость становится особенно большой (отрицательные отклонения от закона Рауля). [c.12] Во время этого процесса вновь прибавляемые молекулы должны разрушать существующие ассоциации растворителя. Чем сильнее водородные связи в растворителе, тем труднее происходит образование новых ассоциаций и тем хуже растворимость. Этот принцип положен в основу подразделения жидкостей на пять классов [251, дающего возможность предсказать, как будет изменяться растворимость соединений по отношению к идеальной растворимости, характеризуемой законом Рауля. Эта классификация представлена в табл. 1-1. Поведение соединений разных классов при смешивании показано в табл. 1-2. [c.13] Большое влияние на растворимость веществ А п В может оказать присутствие третьего вещества С, не смешивающегося с А. В этом случае будут существовать две фазы Л и С, а вещество В распределится между обеими фазами. Растворимость вещества В по отношению к первоначальному состоянию (одна фаза) может при этом измениться коренным образом. Может случиться, что вещество В, очень хорошо растворимое в жидкости Л с образованием однофазной системы, перейдет полностью в жидкость С после введения ее в систему. Растворимость вещества В в обеих жидких фазах и его распределение в этих фазах также является результатом действия описанных выше межмолекулярных сил. В трехкомпонентной и двухфазной системе действие сил еще более неясно и его труднее предвидеть, чем в однофазной и двух компонентной системе. [c.13] Наличие активных атомое водорода и полярных кислорода, азота и фтора. Водородные связи слабее, чем свя ,и групп ОН, ЫН н т. д. [c.14] Вернуться к основной статье