Mavzu: Ekstraksion qurilmalarda ekstraktorni hisoblash

Eritish jarayoni statikasi va kinetikasi

Jarayonning mexanizmi shundaki, erituvchi qattiq jism g`ovaklariga kirib boradi va ajratilishi kerak bo`lgan moddani eritadi.

Eritilgan moddaning kimyoviy potenstiali va uning qattiq jismdagi kimyoviy potenstialiga tenglashganda erish jarayoni muvozanat holiga keladi. To`yinish holatiga oid eritmaning konstentrastiyasi eruvchanlik deb ataladi.
Qattiq jismning tashqi yuzasidagi muvozanat qisqa vaqt ichida o`rnatiladi. Shuning uchun, massa almashinish jarayonlarni tahlil qilishda, "qattiq jism - erituvchi" sistemasining fazalararo yuzasidagi konstentrastiyasi to`yingan eritma konstentrastiyasi u<sub>to`y</sub> ga teng deb qabul qilinadi.
Eritish jarayoni kinetikasining asosiy masalasi fazalarning o`zaro to`qnashish vaqtini aniqlashdir. Fazalar to`qnashish vaqti ma’lum bo`lgandan so`ng, ekstraktorlarning asosiy o`lchamlari hisoblanadi.
Eritish jarayonida massa almashinishga qattiq jismning ichki tuzilishi: kapillyar shakli va o`lchami (5.63b-rasm), zarrachalar kimyoviy tarkibiga katta ta’sir ko`rsatadi (5.63a-rasm). Qattiq jismning ichki tuzilishi massa o`tkazish tezligiga ham katta ta’sir etadi.
Qattiq g`ovaksimon zarrachalar o`zida maqsadli, kerak komponentni qattiq holatida saqlaydi. Maqsadli komponentning zarracha hajmida taqsimlanishi turli variantlarda bo`lishi mumkin. Ko`pchilik hollarda, g`ovaksimon jism hajmida ajratib olinadigan komponent bir tekisda taqsimlangan bo`ladi. Ekstrakstiya jarayonida maqsadli komponentning hajmi sistematik ravishda kamayib boradi (5.64-rasm).
Maqsadli komponent ajratib olingan hajm (R-r<sub>0</sub>) da, shu komponent ekstragentda erigan holda bo`ladi. Vaqt o`tishi bilan ushbu hajm ulushi ortib boradi.
Eritish jarayoni murakkab jarayon bo`lib, erituvchini qattiq jism kovaklariga diffuziyasi, ajratib olinayotgan moddalarni eritish, qattiq jism kapillyarlari orqali fazalarni ajratuvchi yuzaga ekstrakstiyalanayotgan moddaning diffuziyasi va fazalarni ajratuvchi yuzadan ekstragent oqimi yadrosiga massaning o`tishi kabi bosqichlardan iborat.
Jarayonning qayd etilgan 4 bosqichidan oxirgi ikkitasi massa almashinishning umumiy tezligini chegaralaydi. Chunki, birinchi va ikkinchi bosqichlarning massa almashinish tezligi, oxirgi ikkitasinikiga qaraganda ancha yuqoridir.
Shunday qilib, massa almashinish jarayonining umumiy diffuziya qarshiligi qattiq jism va erituvchilarning ichki diffuzion qarshiliklari yig`indisidan iborat.
Kapillyar - g`ovak jism ichidan moddaning diffuziya tezligi ushbu tenglama bilan ifodalanadi:

Fazalarni ajratuvchi yuzadan oqim yadrosiga massa berish tezligitenglama yordamida aniqlanadi.
Massa o`tkazuvchanlik va berish tezliklari orasidagi nisbatni baholash uchun Bio kriteriysidan foydalaniladi:

Ayniqsa, kapillyar - g`ovak jismlarda massa o`tkazuvchanlik tezligi juda kichik bo`ladi.
5.63v-rasmda o`simlik hujayrasining tuzilishi ko`rsatilgan. Massa o`tkazuvchanlik koeffistienti qattiq jismning ichki tuzilishiga, ekstragentning fizik xossalari, ekstrakstiyalanayotgan moddaning konstentrastiyasi va jarayon temperaturasiga bog`liq. Massa o`tkazuvchanlik koeffistientining yuqorida qayd etilgan omillarga bog`liqligi tajribaviy usulda topiladi.
Asosiy diffuzion qarshilik suyuqlik fazada mujassam bo`lgan h­ollarda, jarayonni ifodalash uchun (5.17) tenglamalardan foydalanish mumkin.
Eritish jarayonini harakatga keltiruvchi kuch bo`lib, qattiq jism yuzasidagi ekstrakstiyalanuvchi modda konstentrastiyasi u<sub>ch</sub>=u<sub>tuy</sub>va uning ekstragentdagi o`rtacha konstentrastiyasi u_ur larning farqi hisoblanadi.
Ushbu holatda jarayonning tezligi quyidagi tenglamadan aniqlanadi:

bu erda _u - suyuqlik fazadagi massa berish koeffistienti.
Qalinligi  bo`lgan chegaraviy qatlamdagi molekulyar diffuziya tezligi Fikning 1-qonuni yordamida topiladi:

bu erda D - molekulyar diffuziya koeffistienti.

Qattiq jismni eritish jarayoni uchun prof. A.N. Shukarev tomonidan ushbu formula keltirib chiqarilgan:

bu erda _u = D/. Tajribaviy usul bilan D^0,33 ekanligi aniqlangan.

(5.154) tenglamadan _umassa berish koeffistienti D^0,66 ga proporstionalligi ko`rinib turibdi. Yuqorida keltirilgan tenglamalarni inobatga olgan holda va tajriba natijalarini umumlashtirish natijasida, ishqorlab ajratish jarayonida massa berish koeffistienti _u ni ushbu tenglama yordamida topish mumkin:

bu erda Nu_D = _ud/D - Nusselt kriteriysi (d - qattiq zarracha diametri); Re = wd/ - Reynolds kriteriysi (w - ekstragent tezligi;  - ekstragent dinamik qovushoqligi); Pr = /D - Prandtl kriteriysi.

(5.156) tenglamadan ko`rinib turibdiki, agar chegaraviy qatlam qalinligi  kamaysa, koeffistient  ning qiymati ortadi. Chegaraviy qatlam nazariyasidan ma’lumki, Reynolds soni ortishi, ya’ni qattiq zarrachalarga nisbatan ekstragent harakat tezligi ko`payishi bilan diffuzion qatlam qalinligi kamayadi.

Demak, samarador gidrodinamik sharoit yaratib, ishqorlab ajratish jarayonini intensivlash mumkin. Undan tashqari, qattiq materialni maydalash ham jarayonni jadallashishiga olib keladi.
Ma’lumki, qattiq jismlarni maydalash, massa almashinish yuzasining ortishiga va material ichidan kapillyarlar orqali ekstrakstiyalanayotgan komponent diffuziya yo`li kapayishiga olib keladi. Temperatura ortishi bilan massa o`tkazuvchanlik koeffistient ko`payganligi uchun ishqorlab ajratish jarayoni ekstragentning qaynash temperaturasiga yaqin temperaturalarda tashkil etiladi. Bunday holatda eritmaning to`yinish konstentrastiyasi u_tuy ortadi, bu esa o`z navbatida eritish va ishqorlab ajratish jarayonlarini harakatga keltiruvchi kuchining ko`payishiga sababchi bo`ladi.
Amaliy jihatdan jarayonlarni intensivlash uchun ekstraktordagi gidrodinamik holatni yaxshilash zarur. Masalan, mavhum qaynash qatlamda qayta ishlash, pulsastiya yoki vibrastiya ta’sir ettirish yo`llari bilan ekstraktorlarda yuqorida qayd etilgan jarayonlar samarasini ko`tarish mumkin. Undan tashqari, past chastotali tebranishlar ham, ekstraktorlarda kechadigan massa almashinish jarayonini tezlashtiradi.