ДОКЛАД. Доклада "Растворение. Характеристика процесса."
 Скачать 214.34 Kb.
|
|
1 слайд. Здравствуйте, тема моего доклада "Растворение. Характеристика процесса." 2 слайд. Что же такое растворение? Под растворением понимают переход вещества в раствор с поверхности частиц. Известны три варианта процесса растворения: полное, частичное и химическое. При полном растворении исходное твердое вещество переходит в растворенное состояние. При этом получают гомогенный жидкий раствор вещества в том или ином растворителе. В результате частичного растворения получается гетерогенная смесь, состоящая из жидкого раствора и остатков твердого вещества. Обычно применяют для избирательного извлечения из твердых смесей одного или нескольких компонентов. Такой процесс называют выщелачиванием или экстрагированием. При химическом растворении все вещество или какие-то его компоненты вступают в химическое взаимодействие с растворителем, в результате чего образуются продукты, которые могут полностью или частично растворяться в жидкой фазе. 3 слайд. В качестве растворителей обычно используют низкоплавкие индивидуальные вещества (воду, спирты, кетоны, кислоты и др) или различные жидкие смеси веществ (водные растворы органических или неорганических кислот, щелочей спиртов, нефтяные фракции и др.) К растворителям предъявляют следующие требования. Они должны обеспечивать хорошую растворимость, обладать низкой вязкостью, доступностью и дешевизной, легкостью их регенерации. При частичном растворении (выщелачивании) растворитель, кроме этого, должен обеспечивать высокую селективность разделения. Обычно подбор растворителей производится опытным путем. 4 слайд. Характеристика растворов. Растворимость – это свойство вещества растворяться в воде или других растворителях. Все вещества делят на три группы: Хорошо растворимые Малорастворимые Практически нерастворимые Растворы бывают насыщенными – раствор находится в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества; ненасыщенными – вещества растворено меньше, чем в насыщенном растворе; перенасыщенными – вещества растворено больше, чем насыщенном растворе – это неустойчивые системы и достаточно встряхнуть раствор, чтобы выпал осадок. селективность разделения. Обычно подбор растворителей производится опытным путем. 5 слайд. 6 слайд. 7 слайд. 8 слайд. Кинетика процесса. При растворении однокомпонентных веществ твердая фаза имеет более или мене однородную структуру. Процесс простого растворения таких веществ в отсутствии химических превращений можно представить состоящим из следующих основных стадий: Подвод растворителя к поверхности раздела фаз; Переход вещества из твердой фазы в растворенное состояние; Диффузионный перенос растворенного компонента (вещества) от поверхности раздела фаз в основную массу раствора Кинетика растворения чаще всего определяется интенсивностью третьей стадии – внешнего массопереноса, протекающего в пограничной пленке жидкой фазы около поверхности растворяемого твердого вещества. При химическом растворении однокомпонентных веществ на скорость может оказывать существенное влияние скорость химической реакции, происходящей на границе раздела фаз При частичном растворении бинарных и многокомпонентных твердых смесей стадии являются аналогичными процессу экстрагирования: 1)подвод растворителя к границе раздела фаз 2)проникновение жидкой фазы в поры твердого тела 3)растворение извлекаемого компонента или хим взаимодействие с ним; 4)диффузия растворенного компонента в порах твердого тела к его внешней поверхности; 5)переход растворенного вещества или продуктов хим реакции с поверхности твердого тела в основную массу жидкой фазы Тут внутренняя диффузия 9 слайд. Кинетика процесса (продолжение) Истинной движущей силой процесса растворения является разность химических потенциалов, но поскольку расчет и экспериментальное определение их затруднено, на практике силу выражают через разность концентраций, как и во всех массообменных процессах. Основными законами, которые положены в основу математических моделей процесса являются 1 закон Фика и закон А.Н. Щукарева Коэффициент молекулярной диффузии характеризует способность вещества проникать в какую-либо среду. Показывает какое количество вещества диффундирует в ед времени через единицу поверхности при градиенте концентраций =1 10 слайд. Кинетика процесса (продолжение)Закон щукарева. кол-во в-ва перенесенного от поверхности раздела фаз в воспринимающую фазу пропорционально разности концентраций у пов-ти раздела фаз и в ядре потока воспринимающей фазы , пов-ти фазового контакта и времени. β[m\c]-коэф массоотдачи, хар-т перенос в-ва конвективными и диф-ми потоками одновременно, показывает какое кол-во в-ва передается от пов-ти раздела фаз в воспринимаемую фазу через 1м2 фазового контакта в течении 1с при разности концентраций 1 кг/м3 Коэффициент β зависит от характера обтекания частицы жидкостью, от размера и формы частиц, от температуры. Поскольку частицы имеют произвольную форму, характер обтекания их на различных участках поверхности различен и, следовательно, под β надо иметь в виду коэффициент, осредненный по всей поверхности. 11 слайд. Классификация аппаратов В зависимости от характера движения твердой и жидкой фаз их делят на аппараты полного смешения, полного вытеснения и аппараты промежуточного типа В аппарате полного вытеснения, к которым могут относиться аппараты с неподвижным слоем материала, концентрация растворенного вещества в жидкости меняется по высоте аппарата от начальной до конечной. При этом жидкие объемы не смешиваются один с другим. В аппаратах полного смешения, к которым могут принадлежать аппараты с перемешивающими устройствами объемы жидкости, идеально перемешиваются поэтому концентрация раствора в аппарате постоянна. В аппаратах промежуточного типа не достигается ни полное вытеснение, ни полное смешение. Как можно заметить наибольшая величина движущей силы соответствует аппаратам полного вытеснения. 12 слайд. Аппарат периодического действия со стационарным слоем твердых частиц Такие аппараты просты по конструкции, их применяют для растворения материалов широкого гранулометрического состава. Фильтрующая способность стационарного слоя используется для предотвращения уноса мелких частиц и получения чистых растворов. Широкое распространение эти аппараты получили в теплоэнергетике для получения раствора NaCl, используемые в процессе регенерации ионообменных смол. Солерастворитель представляет собой цилиндрический сосуд с элиптическим днищем и крышкой, способный работать под давлением воды до 0,6 МПа. Около половины объема сосуда занимает фильтрующий слой, образованный тремя фракциями кварцевого песка различной крупности. Соль периодически загружают через верхний люк; она растворяется водой, поступающей через колено трубопровода в верхнюю часть аппарата. Аппарат предназначен для растворения соли с незначительным содержанием нерастворимого остатка. В ином случае используют перколяторы. 13 слайд. Аппарат периодического действия со стационарным слоем твердых частиц Суспензия с заданным отношением количества растворяющей жидкости и твердого дисперсного материала насосом подается в приемник суспензии 8, из которого она через желоба 10, вращающиеся на ферме вокруг оси 9, равномерно распределяется по всей поверхности аппарата. В процессе заполнения суспензией материал растворяется и одновременно раствор фильтруется через уплотненный материал в нижней части аппарата. Раствор через углубление 2 и перфорацию нижней части трубы 3, а затем через штуцер 4 самотеком поступает в сборник раствора. Для увеличения концентрации раствор подвергают циркуляции через приемник 8. По окончании процесса растворения в трубу 5 под давлением подают воду, которая разрыхляет осадок. Образующаяся суспензия откачивается песковым насосом через штуцер 6. Затем цикл повторяется снова. Растворение ванадия из железнованадиевых кеков. 14 слайд. Аппарат периодического действия с перемешиванием Практика использования различны конструкций перемешивающих устройств показала, что для невязких сред можно успешно использовать лопастные пропеллерные и турбинные мешалки. К числу первых относятся лопастные мешалки, отличающиеся простотой и низкой стоимостью изготовления. Пропеллерные мешалки, выполненные в виде корабельного винта, создают в аппарате интенсивную циркуляцию среды, что обусловлено возникновением насосного эффекта. Они отличаются от других низким расходом энергии. Турбинные мешалки представляют собой один или два диска с укреплёнными на них лопатками. Мешалки с изогнутыми лопатками потребляют меньшую мощность. Для перемешивания больших объемов и для обеспечения равномерности перемешивания используют многоагрегатные (несколько в аппарате) и прецессирующие (откланяется от вертикали) мешалки. 15 слайд. Аппарат периодического действия с перемешиванием Для растворения дисперсной твердой фазы в высоковязких и неньютоновских жидкостях применяют аппараты с якорными, рамными, ленточными и шнековыми мешалками, обеспечивающими механическое воздействие на среду в аксиальном и радиальном направлениях во всем объеме аппарата. 16 слайд. Аппарат непрерывного действия со взвешенным слоем В аппаратах со взвешенным слоем практически вся поверхности твердых частиц в течение всего времени протекания процесса доступна воздействию жидкости. В зависимости от высоты или длины слоя взвешенных частиц аппараты выполняют в виде вертикальных колон, вертикальных или горизонтальных труб. Аппарат состоит из колонны 3, выполненной из двух цилиндрических секций, соединённых вверху сосудом 4, а внизу – с распределительной решеткой 2. Через нижний штуцер 1 в аппарат непрерывно поступает растворитель, а через верхний 5 – твердый материал. Растворитель приводит слой твердых частиц в псевдоожиженное состояние. Для предотвращения уноса частиц верхняя часть аппарата расширена и снабжена кольцевым желобом 6. Через штуцер 7 периодически выгружается нерастворимый осадок. 17 слайд. Аппарат непрерывного действия с перемешивающими устройствами Аппараты такого типа надежны в работе и обеспечивают высокую производительность Однако они металлоемки, громоздки и требуют больших расходов энергии. Аппарат работает следующим образом. Вал с лопастными мешалками приводится во вращение от электродвигателя. Аппарат заполнен растворяющей жидкостью, для регулирования которой на выходе из штуцера 12 имеется гидрозатвор, затем бункер 9 в первую секцию начинают подавать твердую фазу. В этой секции твердый материал интенсивно перемешивается с жидкостью, что создает необходимые условия для эффективного растворения. Через определенный промежуток времени в зависимости от числа оборотов и профиля кулачка 11 поворачивается валик 8 и открываются разгрузочные окна в перегородках. При этом лопасти мешалки направляют твердую фазу из первой секции во вторую, где она взаимодействует с жидкостью до следующего открытия окон. На выходе из последней секции твердый материал поступает в отжимное устройство, после которого освободившись от раствора выходит из аппарата. 18 слайд.  19 слайд. Области применения процесса растворения. Процесс растворения твердых веществ в жидкостях используется в химической и родственных ей отраслях промышленности (металлургической, пищевой, текстильной, фармацевтической и др.) Чаще всего он предшествует проведению других технологических процессов. Процессы полного и частичного растворения совмещают с процессами дробления, растирания, кипения. 20 слайд. Спасибо за внимание |