Равновесие в системе «жидкость - жидкость»

Система состоит из двух фаз и трех компонентов. Согласно правилу фаз Гиббса (К+2=Ф+N) количество компонентов К=3, количество фаз Ф=2, следовательно число степеней свободы N=1.

При проведении процесса температура не изменяется, а изменение давления в подобной системе практически не оказывает влияния на ход процесса. Поэтому в ней можно изменять концентрацию одной из фаз без нарушения равновесия.

При этом

,

где   у – концентрация компонента А в растворителе С;

х – концентрация компонента А в растворителе В.

То есть данной концентрации распределяемого вещества х в одной фазе в состоянии равновесия соответствует определенная концентрация у^* вещества в другой фазе.

Равновесие в системе определяется законом распределения Нереста: При Т= const соотношение между концентрациями компонентов в двух жидкостях при равновесии постоянно:  или для идеальных растворов: .

Вещество распределяется между двумя жидкостями в отношении m , не зависящем от его количества.

При полной взаимной нерастворимости участвующих в процессе фаз каждая из фаз будет представлять двухкомпонентный раствор. Тогда, откладывая равновесные составы по осям координат х-у при постоянных температуре и давлении, можно получить плоскую фазовую диаграмму, причем линия равновесия будет прямой, выходящей из начала координат.

На практике вышеуказанная равновесная зависимость не является прямой линией, поскольку вещества являются частично взаиморастворимыми. Такие системы называются реальными. Величина m определяется для каждого конкретного случая опытным путем.

Для реальных растворов существуют два варианта:

– полная нерастворимость В и С; экстракт и рафинат – двойная система, и линия равновесия при постоянной температуре представляет собой кривую, которая называется изотермой экстракции (рисунок 7.24). Равновесная кривая называется биноидальной;

– фазы В и С ограниченно растворимы, следовательно, появляется тройная система и линия равновесия представится на треугольной диаграмме (рисунок 7.25).  

Вершины равностороннего треугольника соответствуют чистым компонентам. Каждая точка на сторонах АВ, ВС и АС соответствует составу двухкомпонентных растворов. Каждая точка на площади внутри диаграммы соответствует составу трехкомпонентного раствора (тройной смеси). Содержание компонента в точке N определяется проведением прямых, параллельных противоположной стороне. Процессы смешения и расслаивания на диаграмме изображаются прямыми, соединяющими исходные и конечные растворы. Количество исходного раствора и экстрагента можем определить по диаграмме

                                                                       (7.31)

 

Кинетика экстракции

Кинетические закономерности процесса определяются основными законами массопередачи. При экстракции происходит массообмен между жидкими фазами и распределяемое вещество переходит из одной жидкости в другую. Для развития поверхности фазового контакта одну из жидкостей диспергируют до капель. Процесс переноса вещества при экстракции представляет собой перенос вещества из сплошной фазы к поверхности капли; перенос вещества через поверхность капли; распределение  вещества внутри капли. Диффузионное сопротивление может быть как в сплошной фазе, так и в самой капле. Интенсивность процесса переноса вещества определяется положениями:

– чем больше размер капель, тем больше интенсивность массопередачи в каплю, т.е. создаются более благоприятные условия для возникновения конвективных потоков;

– поверхностно-активные вещества снижают перенос вещества в каплю, т.е., адсорбируясь на поверхности, они уменьшают конвективные потоки;

– существенное влияние на интенсивность переноса в системе «жидкость – жидкость» оказывают процессы с изменением размера капель, т.е. обновление поверхности контакта фаз при слиянии и дроблении.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: