Реферат тақырыбы: Экстракция кезіндегі масса алмасу. Шаймалаудың статикасы және кинетикасы. Орындаған: Тобы: Қабылдаған
жүктеу/скачать 57,12 Kb.
|
Экстракция
| Шаймалау
Шаймалау (шаймалау – экстракцияның ерекше жағдайы) селективті қабілеті бар еріткіштің көмегімен қатты денеден бір немесе бірнеше заттарды алу деп аталады. Тамақ өнеркәсібінде өсімдік немесе жануар тектес денелердің капиллярлық кеуектері шаймалау арқылы өңделеді. Еріткіштер ретінде қолданылады: су – экстракция үшінтқызылша, кофе, цикорий, шайдан алынған қант; алкоголь және су-алкоголь қоспасы-алкоголь-арақ және Сыра-алкогольсіз өндірістерде инфузия алу үшін; бензин, трихлорэтилен, дихлорэтан – май экстракциясы және эфир майы өндірістерінде және т. б. шаймалау негізгі болып табылады. Қызылша өндірісіндегі процесс және қант қызылшасынан қант алу үшін қолданылады. Бензиннің көмегімен күнбағыс тұқымынан өсімдік майы алынады. Шаймалау процесі еріткіштің қатты дененің тесіктеріне енуінен және алынған заттардың еруінен тұрады. Шаймалау кезіндегі тепе-теңдік еріген заттың химиялық потенциалдарының және оның қатты материалдағы химиялық потенциалдарының шамаларын теңестіру кезінде белгіленеді. Ерітіндінің қанықтылығына сәйкес келетін қол жеткізілген концентрациясы ерігіштік деп аталады. Экстракция процесінің кинетикалық заңдылығы массаның берілуінің негізгі заңдарымен анықталады. Фазалық жанасу бетінің ауданын ұлғайту үшін фазалардың бірі тамшылар және басқа қатты фаза түрінде таралады. Фазалық жанасу бетінің ауданы экстрактордағы дисперсті фазаның кешігуімен және тамшылардың орташа беттік-көлемдік диаметрімен анықталады. Таратылатын зат қатты фазадан тамшылардың бетіне, содан кейін тамшының ішіне немесе керісінше, тамшыдан фазалық интерфейс арқылы қатты фазаға таралады. Тамшылардың ішіндегі масса беру молекулалық және конвективті диффузия арқылы жүзеге асырылады. Тамшылардың ішіндегі Конвекция сұйықтықтың айналымы арқылы жүреді. Сұйықтық-сұйықтық жүйесіндегі экстракция дегеніміз-сұйықтықтан еріген затты немесе заттарды бірінші сұйықтықта ерімейтін немесе ерімейтін, бірақ алынған компоненттерді ерітетін арнайы басқа сұйықтықтың көмегімен алу процесі. Құрамында таратылатын (экстракцияланатын) зат немесе М заттары бар Бастапқы F ерітіндісі және еріткіш L. компоненттерді алу үшін қолданылатын сұйықтық экстрагент (E) деп аталады. Фазалар арасындағы масса алмасу олардың тікелей байланысында жүреді. Экстракция нәтижесінде алынған сұйық қоспасы бөлгішке түседі, онда ол сығындыға бөлінеді (E) – экстрагенттегі экстракцияланған заттардың ерітіндісі және рафинат (R) - алынған компоненттер алынған қалдық ерітінді. Қоспаны сығынды мен тазартқышқа бөлу тұндыру немесе бөлу нәтижесінде пайда болады. Өнеркәсіпте келесі схемалар бойынша мерзімді немесе үздіксіз экстракция қолданылады : бір сатылы, көп сатылы қарсы ток және экстрагенттің айқас тогы бар көп сатылы. Экстрактор конструкциялары. Процесті ұйымдастыру принципі бойынша экстракторлар мерзімді және үздіксіз аппараттарға бөлінеді. Әрекет принципі бойынша экстракторлар сатылы және дифференциалды-контактілі болып бөлінеді. Өз кезегінде, сатылы экстракторлар араластырғыш-тұндырғыш және жәшік аппараттарына бөлінеді. Мұндай құрылғылардың сатысы араластырғыш пен тұндырғыштың жиынтығы болып табылады. Дифференциалды байланыс аппараттарының тобына бағаналы экстракторлар жатады. Олардың ішінде ең көп тарағаны-табақша және саптама аппараттары (сыртқы энергия жеткізілмейтін аппараттар), сондай-ақ роторлы-дискілі, пульсациялық, орталықтан тепкіш аппараттар (сыртқы энергия жеткізілетін аппараттар). Пластиналық экстракторлар-бұл толып кететін құрылғылармен жабдықталған әр түрлі дизайндағы електен жасалған табақшалары бар Бағаналы аппараттар. IE фазаларының өзара әрекеттесуі кроссоверде жүреді әр пластинадағы ток. Дисперсті фаза (жеңіл немесе ауыр) табақтардағы тесіктерден өтіп, тамшыларға бөлінеді. Қатты фаза пластинаның бойымен толып кетуден толып кетуге қарай жылжиды. Коа табақтарындағы тамшылар-лесцирленген және пластинаның үстінде (ауыр сұйықтық) немесе пластинаның астында (жеңіл сұйықтық) сұйықтықтың үздіксіз қабатын құрайды. Тірек қабаты сорғышты биіктігі бойынша бөледі және диспергиру үшін тіректі қамтамасыз етеді. Пластиналардың тесіктері арқылы сұйықтықты тазарту. Экстракторды бөлу фазалардың кері араласуын азайтады және процестің орташа қозғаушы күшінің жоғарылауына әкеледі. Шаймалау кезіндегі тепе-теңдік еріген заттың химиялық потенциалдары мен оның қатты материалдағы химиялық потенциалы теңестірілген кезде орнатылады. Ерітіндінің қанықтылығына сәйкес келетін қол жеткізілген концентрациясы ерігіштік деп аталады. Шаймалау кинетикасының негізгі міндеті-экстракцияланатын затты алудың белгілі бір дәрежесіне жету үшін қажетті өзара әрекеттесетін фазалардың жанасу ұзақтығын анықтау. Фазалық байланыс ұзақтығы бойынша экстракциялық құрылғылардың өлшемдері анықталады. Шаймалау-бұл еріткіштің қатты дененің кеуектеріне диффузиясынан, алынған заттардың немесе заттардың еруінен, қатты дененің ішіндегі капиллярлардағы экстракцияланған заттардың фазалық бетке диффузиясынан және сұйық еріткіштегі экстракцияланған заттардың массопсрсфузиясынан тұратын күрделі көп сатылы процесс.экстрагент ағынының ядросы. Масса өткізгіштік коэффициенті қатты дененің ішкі құрылымына, экстрагенттің физикалық қасиеттеріне, алынған заттың концентрациясына және процестің температурасына байланысты. Масса өткізгіштік коэффициентінің аталған факторларға тәуелділігі тәжірибелік жолмен белгіленеді. Шаймалау процесінің қозғаушы күші UGR = unas қатты денесінің бетіндегі экстракцияланатын заттың концентрациясы мен оның UCR экстрагентінің массасындағы орташа концентрациясы арасындағы айырмашылық болып табылады. Шаймалау - кем дегенде екі фаза қатысатын гетерогенді процесс: қатты және ерітінді. Гетерогенді процестер біртекті процестерден ерекшеленеді, өйткені олар жүйенің бүкіл көлемінде емес, оның белгілі бір учаскелерінде, мысалы, фазалық интерфейсте өтеді. Сондықтан реакцияның үздіксіз жүруі үшін реакцияға түсетін заттарды осы аймақтарға үздіксіз жеткізу және олардан реакция өнімдерін шығару қажет. Бұл бірнеше дәйекті кезеңдерден тұратын гетерогенді процестердің күрделілігін және нақты химиялық реакциядан басқа, бастапқы реактивтер мен соңғы өнімдердің диффузиялық сатыларын да түсіндіреді. Жалпы гетерогенді процесті құрайтын барлық кезеңдердің жиынтығы осы процестің механизмі деп аталады. Химиялық кинетика туралы ілімнен ең баяу сатының жылдамдығы бүкіл процестің жылдамдығын анықтайтыны белгілі. Сондықтан процестің механизмін және оның ең баяу кезеңін анықтау кез-келген процестің кинетикасын зерттеудің қиын, бірақ өте маңызды міндеті болып табылады. Егер гетерогенді процестің ең баяу сатысы Нақты химиялық реакция болса, онда бүкіл процестің жылдамдығы тек осы химиялық реакцияның жылдамдығымен анықталады. Бұл жағдайда процесс кинетикалық аймақта жүреді деп айту әдеттегідей. Кинетикалық аймақта жүретін гетерогенді процестерге біртекті реакциялардың кинетикалық теңдеулерін қолдануға болады, тек айырмашылығы-көлемдік концентрация емес, беткі концентрация әсер етеді. Егер диффузия жылдамдығы химиялық реакция жылдамдығынан едәуір аз болса, онда диффузия анықтаушы қадам болады және процесс диффузия аймағында жүреді. Бұл жағдайда бүкіл процестің жылдамдығы диффузия заңдарымен анықталады. Сонымен, егер диффузия мен химиялық реакция жылдамдығы сәйкес келсе, онда процесс аралас аймақта жүреді және оның жылдамдығы диффузия заңдарымен де, химиялық кинетика заңдарымен де анықталады. Алайда, диффузия жылдамдығы мен химиялық реакцияның айырмашылықтары туралы айтатын болсақ, олардың біреуін жылдам, екіншісін баяу деп сипаттайтын болсақ, бұл берілген процестің барысында осы кезеңдердің жылдамдықтарының нақты теңсіздігін білдірмейді. Шындығында, стационарлық процестегі материалдық тепе-теңдік шарттары бойынша диффузия жылдамдығы мен химиялық реакция тең болады және "жылдам" және "баяу" сөздерімен біз тек осы кезеңдердің әлеуетті мүмкіндіктерін сипаттаймыз. Сонымен, тез диффузиямен және баяу химиялық реакциямен еритін қатты дененің бетіне диффузия тезірек жүре алатын жағдай орнатылады, бірақ баяу химиялық реакция бұған жол бермейді. Шаймалау кезінде химиялық реакция ерітіндінің бүкіл көлемінде емес, қатты дененің бетінде жүреді. Сұйықтықта еріген заттың бөлшектері оның қозғалысы кезінде нүктеден нүктеге екі жолмен тасымалданатыны белгілі. Біріншіден, концентрация айырмашылығында молекулалық диффузия пайда болады және үлкен концентрация аймағынан кіші аймаққа бағытталған зат ағыны пайда болады. Екіншіден, сұйықтықтың қозғалысына (конвекцияға) байланысты еріген зат бөлшектері сұйықтық ағындарына түсіп, олармен бірге тасымалданады. Бұл процестердің жиынтығы конвективті диффузия деп аталады. Молекулалық диффузия жылдамдығы сұйықтықтың қозғалысы арқылы заттың тасымалдану жылдамдығынан әлдеқайда төмен, сондықтан сұйықтық ағынының төмен жылдамдығында да осы қозғалысқа байланысты заттың тасымалдануы молекулалық диффузияға қарағанда басым болады және: сұйықтықтың өте төмен қозғалу жылдамдығында ғана молекулалық диффузия негізгі рөл атқара бастайды. Гидродинамикадан қатты бетке жақын орналасқан сұйықтықтың жылдамдығы нөлге тең екендігі белгілі, содан кейін ол біртіндеп өсіп, ағынның өзіне тән мәнге жетеді. жүктеу/скачать 57,12 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|