22 февраля 2016г.
Для процессов, связанных с массопереносом (ректификация, абсорбция, жидкостная экстракция, дистилляция и др.), важным является интенсификация массообмена, и к одному из способов относится создание условий, при которых происходит спонтанная межфазная конвекция (СМК или эффект Марангони), т.к. при этом значительно увеличивается скорость переноса компонентов из одной фазы в другую по сравнению со скоростью массопереноса, осуществляемого только в диффузионном режиме.
В экстракционных системах часто массоперенос основного компонента сопровождается переносом присутствующих в системе других веществ. При этом происходит диффузионное взаимодействие потоков, интенсивность которого во многом зависит от концентрации веществ, присутствующих в системе. Это взаимодействие приводит к изменению кинетических закономерностей массопереноса компонентов. В работах [1-3] показано, что наличие встречных или сопутствующих потоков может замедлять или ускорять массоперенос в зависимости от направления переноса вещества и его концентрации.
Нами проведено исследование однонаправленного совместного массопереноса двух компонентов и индивидуального массопереноса этих компонентов на примере экстракционной системы: бензол – 4%-ный водный раствор KJ. В качестве переносимых компонентов использовали йод и уксусную кислоту, массоперенос осуществлялся из органической фазы в водную. Исходную концентрацию уксусной кислоты (макрокомпонент) делали значительно больше концентрации йода (микрокомпонент), чтобы исследовать влияние потока макрокомпонента на массоперенос микрокомпонента. Все опыты сопровождались возникновением СМК. Полученные данные обрабатывали в координатах коэффициент массопередачи (Км) – движущая сила (ΔС).
Эксперимент проводили в термостатированной (20±0,1°С) цилиндрической ячейке при перемешивании фаз двухлопастной двухъярусной мешалкой. Поверхность раздела фаз составляла 0,12·10-2 м2, объем каждой фазы 5·10-5 м3. Изменение концентраций переносимых веществ во времени контролировали путем отбора проб и их анализа фотометрией.
При анализе кинетических закономерностей массопереноса уксусной кислоты при индивидуальном и совместном массопереносе не было обнаружено никаких различий в величинах Км (Рисунок 1, 2). Из этого можно сделать вывод, что диффузионный поток микрокомпонента не оказывает влияния на количественные характеристики массопереноса макрокомпонента.
Однако при совместном одностороннем переносе уксусной кислоты и йода наблюдали ускорение массопереноса микрокомпонента, по сравнению с его индивидуальным переносом (Рисунок 2). Скорость переноса йода в небольших концентрациях при наличии сопутствующего переноса уксусной кислоты может превышать скорость индивидуального массопереноса йода в 1,5 и более раза.
Список литературы
1. Ермаков А.А., Назаров В.И., Крылов В.С. Исследование эффектов диффузионного и гидродинамического взаимодействия при многокомпонентной массопередаче в системах жидкость-жидкость. // ЖПХ, № 10, 1986 г. – с. 2337 – 2343.
2. Коньшин Ю. А., Ермаков А.А. О кинетических закономерностях совместного переноса в режиме самопроизвольной межфазной
конвекции. // ЖПХ, № 11, 1988 г. – с. 2561 – 2563.
3. Островский М.В., Коньшин
Ю.А., Ермаков А.А. Применение межфазного переноса поверхностно- инактивного вещества
для обнаружения и характеристики поверхностной конвекции. // ЖПХ, №3, 1978 г. – с. 565 – 572.
