ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы интенсификации из "Экстрагирование из твердых материалов" Сложность процессов твердофазного экстрагирования обусловливается, во-первых, неопределенностью изменения структуры твердой фазы во время извлечения из нее целевых компонентов, во-вторых, полидисперсностью твердой фазы (если она используется в измельченном состоянии) и влиянием ее на активную поверхность и, в-третьих, трудностями расчета избирательности экстрагентов, а также многими другими факторами, оказывающими влияние на равновесие . и кинетику процесса. [c.163] Необходимые для расчета и моделирования процессов экстрагирования л растворения кинетические зависимости нельзя получить для [реальных [условий, исходя лишь из теоретических закономерностей, включающих различные упрощающие допущения. [c.163] Удобство кинетической функции у = / (Э) заключается в том, что в большинстве случаев она инвариантна относительно концентрации активного компонента и температуры, т. е. что каждому значению безразмерного времени 0 соответствует одно определенное значение 7 при любых постоянных значениях концентрации и температуры в определенном гидродинамическом режиме. [c.164] Условия инвариантности кинетической функции 7 = / (0) могут быть проверены экспериментально с большей или меньшей степенью приближения. Опыты показывают (рис. 4.27), что инвариантность кинетической функции относительно колцентрации активного компонента и температуры является общим ее свойством, подтверждающимся для самых различных процессов. [c.164] Кинетическая фунйция получается для продукта определенного гранулометрического состава. Если меняется партия продукта, т. е. изменится его гранулометрический состав, то меняется и вид кинетической функции. [c.164] Ранее упоминалось о том, что общая скорость процесса определяется скоростью наиболее медленно протекающей его стадии. Если, например, при растворении самой медленной стадией является химическое взаимодействие, концентрация реагирующего компонента на межфазной поверхности равна концентрации в объеме, причем скорость реакции зависит от температуры и концентрации, то такую область гетерогенного процесса называют кинетической. [c.164] Если скорости отдельных стадий сравнимы между собой и скорость процесса определяется как диффузией, так и кинетикой реакции на активной поверхности, то процесс идет в переходной области. [c.165] Когда медленной стадией является отвод продуктов реакции или подвод реагентов к поверхности, скорость процесса определяется скоростью диффузии, и эту область гетерогенного процесса называют диффузионной. Эти три области характерны при допущении, что все участки поверхности равнодоступны в диффузионном отношении. [c.165] Наиболее типична для процессов экстрагирования и выщелачивания внутридиффузионная область. Характерным признаком ее является независимость скорости процесса от гидродинамической обстановки (от изменения скорости потока, увеличения скорости перемешивания). [c.165] В некоторых материалах (особенно растительного происхождения) скорость диффузионного потока чрезвычайно мала (например, извлечение каротиноидов из плодов облепихи длится более 20 дней), и поэтому в промышленных условиях очень важно знать возможные пути снижения продолжительности процесса. [c.165] Влияние температуры. Для интенсификации процессов растворения и экстрагирования используют повышение температуры растворителей в соответствии с правилом фаз Гиббса, которое позволяет определить число степеней свободы, или независимых параметров, необходимое для однозначного определения условий равновесия системы. [c.165] В практических условиях менее сложным кажется первый путь — изменение температуры, но при этом следует учитывать, что температура влияет на растворимость и скорость процесса (особенно если он осложнен химической реакцией). [c.166] Влияние температуры на растворимость можно наглядно показать на треугольных диаграммах состава для различных температур. С повышением температуры взаимная растворимость компонентов увеличивается. Если экстрагируемый компонент В — твердое тело, то на диаграмме равновесия (рис. 4.28) кривая ВЕ представляет состав раствора из жидких компонентов А и С, насыщенного твердым компонентом В. Если компоненты А и С проявляют ограниченную растворимость, то возможно пересечение равновесной кривой (твердое тело — жидкость) с образованием области ВЕС трехфазных смесей твердой фазы В и двух жидких фаз Р и О, взаимно насьщен-ных жидким компонентом и твердым веществом. [c.166] В результате анализа уравнений диффузии для частиц твердой фазы различной формы при D = onst, т. е. в условиях изотермического процесса извлечения, Белобородовым [1 ] показано, что скорость экстрагирования прямо пропорциональна температуре при понижении температуры падает, а при повышении — возрастает. Вблизи экстремальных точек (температуры замерзания и кипения) зависимость скорости экстрагирования от температуры отклоняется от прямой. [c.166] Здесь ДЯ — теплота, затрачиваемая на разрушение кристалличдской решетки ДЯа — теплота гидратации (сольватации), т. е. теплота химического взаимодействия молекул растворяющегося вещества с молекулами -растворителя. [c.167] Если в процессе растворения на разрушение кристаллической решетки затрачивается меньше теплоты, чем выделяется при гидратации, то растворение будет сопровождаться повышением температуры раствора (например, растворение КОН в воде). Если при растворении на разрушение кристаллической решетки затрачивается большее количество теплоты, чем выделяется при гидратации, то теплота растворения будет отрицательной и растворение будет сопровождаться охлаждением раствора (например, растворение Na l в воде). [c.167] Скорость диффузионного извлечения существенно зависит от величины энергии активации Е кт., которая является усредненной характеристикой процесса. Так, при экстрагировании лепестков розы летучими растворителями (например, гексаном) наибольшая величина энергии активации соответствует эфирному маслу и равна 14 250 кДж/кмоль, для воска акт = 3700- 4150 кДж/кмоль, для спирторастворимых компонентов акт = 4725-Ч- 5250 кДж/кмоль. Следовательно, изменение температуры процесса наиболее эффективно влияет на извлечение эфирного масла, что и подтверждается опытом с повышением температуры экстрагента извлечение эфирного масла происходит более интенсивно. Применение повышенных температур позволяет проводить экстрагирование при меньших скоростях экстрагента при повышении температуры процесса до 60 °С скорость обтекания частиц основным потоком растворителя можно уменьшить в 1,5—2 раза. Кроме того, в результате повышения температуры увеличивается выход абсолютного масла за счет более полного извлечения. [c.167] Отметим, что интенсифицирующее влияние температурного фактора на скорость процесса подземного выщелачивания относительно стабильно, так как процесс извлечения целевого компонента идет обычно при постоянной температуре. [c.168] Влияние давления. В небольших пределах (до 2 МПа) давление не оказывает большого влияния на растворимость. Если объем раствора больше объема компонентов, то при увеличении давления следует ожидать ухудшения, растворимости. [c.168] Влияние давления на общую скорость процесса экстрагирования (Еыщелачивэния) до сих пор исследовано недостаточно. [c.168] Вернуться к основной статье