ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О видах процессов поверхностного разделения из "Поверхностные разделение веществ " Различия составов объемных фаз и поверхностных слоев лежат в основе методов обогащения и разделения смесей. Классификация этих методов естественным образом может быть связана с конкретными путями использования указанных различий в процессах разделения веществ. [c.23] Обратим внимание сначала на ряд методов, которые можно рассматривать в рамках одного общего представления об открытых объемно-поверхностных процессах. Последние основываются на непрерывном отделении малых количеств поверхностного слоя от системы объемная фаза — поверхностный слой. [c.23] Технологическое оформление процессов поверхностного разделения указанного типа может быть самым разнообразным. Для примера упомянем процессы пенного разделения, в которых при пропускании через раствор пузырьков инертного газа образуется пена, непрерывно удаляемая из системы. Эффект разделения в растворе достигается при этом за счет различной способности молекул к адсорбции на границе жидкость — газ. Процессы подобного рода, внешне похожие на флотацию, иногда называют флотацией молекул . Другой пример дают процессы адсорбционного разделения веществ. В этом случае многокомпонентную смесь приводят в соприкосновение с некоторым количеством адсорбента после установления адсорбционного равновесия адсорбент вместе с адсорбционным слоем удаляют, вносят новую порцию адсорбента и т. д. В результате состав смеси меняется. На практике такой процесс обычно является непрерывным и реализуется он, например, при стекании порции раствора по свежей поверхности адсорбента, при прохождении газовой смеси через адсорбционную колонку и т. п. В общем случае можно представить различные открытые процессы поверхностного разделения жидких или газообразных смесей, отличающиеся по природе отделяемого поверхностного слоя. [c.23] В процессах поверхностного разделения, о которых шла речь, эффект достигается за счет непрерывно осуществляемого однократного распределения веществ между объемной фазой и поверхностным слоем. Наряду с такими существуют процессы, в которых производится многократное перераспределение веществ. Ряд подобных процессов, аналогичных по характеру ректификации, называют поверхностной ректификацией или поверхностным фракционированием. Для примера можно упомянуть адсорбционные колонны непрерывного действия, процессы пенного фракционировагния. В последнем случае процесс может состоять в образовании над раствором пенной фракции, отборе и переносе ее в новый раствор, над которым снова образуется пенная фракция, и т. д. Заметим, что эти случаи также связаны с исследованием открытых поверхностных процессов. Для пояснения по аналогии напомним, насколько тесно связано поведение многокомпонентных смесей в обычных процессах ректификации и дистилляции. [c.24] Отметим, что величинам х,-, х может быть придан смысл массовых долей, если величина т выражается в единицах массы, а не в числах молей. [c.24] Соотношения (П.4) выражают независимые условия баланса массы. Однако необходимо учесть, что при заданных условиях эксперимента х являются функциями от Хь Хг,. .., х ь которые в случае равновесных открытых поверхностных процессов могут быть определены из условий равновесия поверхностного слоя с объемными фазами. В результате уравнения (И.4) в сочетании с условиями равновесия образуют динамическую систему дифференциальных уравнений, описывающую процесс поверхностного разделения. [c.25] Рассмотрение равновесных процессов представляет интерес в двух отношениях. Во-первых, равновесные процессы поверхностного разделения встречаются на практике, когда адсорбционное равновесие достигается относительно быстро и реализуется в определенной области скоростей процесса. Во-вторых, равновесный процесс представляет интерес как предельный случай любого реального процесса. [c.25] Когда поверхностное разделение осуществляется преимущественно из-за различий поверхностных активностей отдельных веществ, равновесный процесс отвечает наиболее полному разделению и может служить эталоном сравнения при определении эффективности неравновесного процесса. Уравнения (П.4) остаются справедливыми и тогда, когда открытый объемно-поверхностный процесс протекает неравновесно. Их применение возможно как при отсутствии равновесия поверхностного слоя с объемной фазой, так и при неравновесной неоднородной объемной фазе. Однако в этих случаях вид зависимости х = = f xu Х2,. .., x i) определяется динамикой всех необратимых процессов в системе. [c.25] Уравнения, рассмотренные выше, при соответствующих условиях можно использовать для исследования процессов открытого поверхностного разделения. В частности, можно непосредственно интегрировать уравнения (11.4) и (11.8), если в каком-либо виде известна зависимость х° от состава системы. Эта зависимость может быть определена экспериментально или найдена методами статистической механики. Такой подход целесообразен в конкретных случаях, однако обсуждение отдельных случаев не заменяет исследования общих закономерностей. [c.26] Заметим, что уравнения (1.63) и (1.50) выведены для поверхностных слоев конечной толщины, но в них отсутствуют предположения о каком-то конкретном значении толщины. Поэтому они применимы для исследования открытых поверхностных процессов, когда понятие поверхностного слоя и его толщины определяется в соответствии с процедурой отделения поверхностной части системы. Если, например, эта процедура состоит в срезании поверхностной части системы (включающей в себя истинный поверхностный слой) до определенной глубины h, то величина h и будет играть роль толщины поверхностного слоя в термодинамических уравнениях. [c.27] Поскольку поверхностно-активные вещества часто используются или присутствуют в реальных системах в малых концентрациях (отчасти это связано с малой растворимостью многих из них), случай разбавленных растворов представляет непосредственный практический интерес. В то же время этот случай дает наиболее простую иллюстрацию применения уравнений, обсуждавшихся выше. [c.27] При рассмотрении разбавленных растворов целесообразно различать три следующие задачи об отделении примесей, о разделении примесей, о разделении смесей в специально подобранном растворителе — разделяющем агенте. Обсудим условия применения процессов поверхностного разделения в каждой из этих задач. [c.27] Уравнения (11.12) описывают процесс открытого поверхностного разделения разбавленных растворов и поведение линий поверхностного разделения около вершины концентрационного симплекса. Как видно, характер процесса зависит от знаков показателей степени. [c.28] Для наглядности ограничимся случаем четырехкомпонентной системы и рассмотрим задачу об отделении примесей Ri, R2, R3 от растворителя R4. Здесь возможно несколько случаев. Пусть в первом случае / i l, /С2 1, -/Сз 1, тогда при убывании т в ходе процесса содержание всех примесей будет уменьшаться и, в принципе, может стать сколь угодно малым. При больших значениях Ki процесс отделения примесей будет протекать более эффективно. Вообще необходимым условием практической полезности процесса будет достаточно большое отличие Ki от единицы. [c.28] Во втором случае, когда / i l, Ki , К з 1, в соответствии с уравнениями (11.12) траектории процесса будут проходить около вершины компонента R4, как показано на рис. П.1,а. Процесс отделения примесей будет протекать более сложно. Например, если исходный состав соответствует точке г (рис. 11.1,а), то в ходе процесса можно уменьшить содержание компонентов, но не беспредельно, так как, начиная с некоторого значения т, содержание примеси Ri начнет быстро возрастать. Этот пример показывает, что если число примесей и их свойства точно неизвестны, то тщательное проведение процесса поверхностного разделения может оказаться даже вредным. Действительно, если не обращать внимания на наличие в растворе с составом в точке г (рис. II.1, а) примеси Ri, то слишком тщательная очистка вещества R4 от R2 и R3 привела бы к загрязнению R4 примесью Ri. Далее, когда состав системы изображается точками, расположенными, как точка s (рис. II. 1,а), очевидно, непосредственное использование процесса поверхностного разделения для очистки R4 нецелесообразно. [c.28] В последнем, четвертом, случае, когда К 1, К2 , /Сз 1, согласно (11.9) содержание всех примесей в растворе будет возрастать. В этом случае компонент Н4 может быть отделен от примесей только за счет многократного перевода его в поверхностный слой в процессе поверхностного фракционирования (см. раздел 11.10). [c.29] Линин в ребрах тетраэдра — / в гранях тетраэдра — II внутри тетраэдра — III. [c.29] Точки некоторых составов раствора — г i s. [c.29] Возможность поверхностного разделения примесей открывает и общий путь разделения веществ методами поверхностного разделения. Пусть, например, требуется разделить смесь нелетучих веществ Кь Кг, Кз, причем вещества присутствуют в соизмеримых количествах и ни одно из них не может рассматриваться как примесь. Мы можем растворить всю смесь в достаточном количестве растворителя К4, подобранного так, чтобы выполнялись условия /С1 1, /Сг 1, з 1- Тогда из приведенных выше рассуждений для второго случая следует, что в процессе, например, пенного разделения содержание вещества К1 в растворе будет возрастать, а вещества Кг и Кз будут постепенно отделяться вместе с пеной. Если отделить каким-либо способом растворитель от пенной смеси, то затем можно аналогичным образом подобрать новый растворитель К 4, позволяющий выделить в растворе компонент Кг, и т. д. [c.30] Из сопоставления соотношений (И.16) и (11.18) следует, что Ki , если да/дхЧ О. [c.31] Вернуться к основной статье