МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАГУВАННЯ У СИСТЕМІ ТВЕРДЕ ТІЛО–РІДИНА
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2020.4.05Ключові слова:
екстрагування, двофазне середовище, дифузія, частинка, пора, контакт, екстрагент, псевдокаталітична реакціяАнотація
Розглянуто принципи моделювання процесу екстрагування речовини через клітинні стінки. Прийнято, що тверде тіло є агрегатом частинок, що деформуються, усередині яких знаходиться речовина, що витягується. Процес екстрагування розглянуто як суму двох стадій – дифузійної і гідродинамічної. Дифузійний характер носить стадія масообміну усередині твердого тіла в силу відсутності у останнього плинності. Для дифузійної стадії запропоновано розглядати процес внутрішнього перенесення, як сукупність псевдокаталітичних реакцій між молекулами екстрагента і речовини, що витягується. Такий підхід дозволяє застосувати для моделювання процесу кінетичні апарат хімічної кінетики, розроблений для реакцій каталізу. У рамках цього підходу показаний зв’язок між коефіцієнтом дифузії і структурою частинок для випадку їх клітинної будови з урахуванням селективного відбору однієї з декількох певних речовин. Наведено рівняння опису зміни у часі середніх концентрацій речовини з урахуванням впливу умови зовнішньої масовіддачи на міжфазних межах. Доведено, що застосований підхід здійснює можливість знаходження достатнього числа параметрів для опису різних ефектів екстрагування і надає фізичний сенс інтерпретаціям кінетичних кривих екстрагування. Для гідродинамічної стадії сформульована рамкова модель порового простору, яка є детермінованою і двохмасштабною та враховує можливі зсувні і об’ємні деформації частинок. Таке двофазне середовище розглянуто як сукупність джерел змінної інтенсивності, в ролі яких виступають частки. Наведено рівняння для розрахунку коефіцієнту масопередачі для системи тверді частинки–рідина з урахуванням поведінки реології рідкої фази як суміші екстрагента і речовини, що витягується. Обґрунтовано доведено, що запропоновані моделі мають достатню універсальність для того, щоб витримати адаптацію до різних конкретних ситуацій.Посилання
Rudobashta S.P., Kartashev E.M. Diffuziya v himikotekhnologicheskih sistemah. – M.: Kolos, 2010. – 478 p.
Makarevich N.A., Bogdanovich N.I., Tret'yakov S.I., Koptelova E.N., Kushakova N.A. Kineticheskaya model' izvlecheniya ekstraktivnyh veshchestv iz rastitel'nogo syr'ya // Vesti nacional'noj akademii nauk Belarusi. Seriya himicheskih nauk. – 2014. – №2. – P. 99–107.
Imanhodzhaeva M.M. Diffuziya v sistemah s tverdoj fazoj. – Sant Peterburg: Sankt Peterburzhskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet rastitel'nyh komponentov, 2012.–
p.
Kas'yanov G.I. Petrenko E.V. Matematicheskaya model' massoobmennyh proces-sov SO2 ekstrakcii. – Krasnodar: Kubanskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universi-tet, 2012. – 24 p.
Rudobashta S.P., Koshelova M.K., Kartashev E.M. Modelirovanie ekstragiro-vaniya celevogo komponenta iz tel sfericheskoj formy v polunepreryvnom processe // Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. – 2017. – T.90. – №4. – P. 841–849.
Natareev S.V., Bykov A.A., Natareev O.S., Zaharov D.E. Massoperenos v telah klassicheskih form v apparate polnogo smesheniya polunepreryvnogo dejstviya. // Zhurnal prikladnoj himii. – 2017. – T.90. – № 2. – P. 180–186.
Teklyakov Y.A., Rudobashta S.P., Nechaev V.M., Klimov A.M. Vnutrennij mas-soperenos pri ekstragirovanii iz odnorodno poristyh materialov // Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2010. – T.16. – № 2. – P. 319–324.
Rudobashta S.P., Klimov A.M., Teklyakov Y.A., Nechaev V.M. Raschet effektiv-nogo koefficienta diffuzii po strukturnym harakteristikam polimerov // Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2012. – T.18. – № 4. – P. 881–887.
Tyul'kova Y.A., Ryazanov T.V., Eremenko O.N, Ushakov S.V. Modelirovanie processa ekstrakcii kory sosny vodno-shchelochnym rastvorom // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. – 2013. – V.3. –№ 6. – P. 321–327.
Appel' Dzh., Brenner G. Gidrodinamika pri malyh chislah Rejnol'dsa. – M. Mir. 1976. – 630 p.
Gurov K.P., Kartashkin B.A., Ugaste Y.I. Vzaimnaya diffuziya v mnogofaznyh metallicheskih sistemah. – M. Nauka. GRFML. 1981. – 350 p.
De Groot S., Mazur P. Neravnovesnaya termodinamika.– M. Mir. 1961.– 456 p.
Frank-Kameneckij D.A. Diffuziya i teploperedacha v himicheskoj kinetike. – Dolgoprudnyj. Intellekt. 2008. – 407 p.
Gupalo Y.P., Polyanin A.D., Ryazancev Y.S. Massoteploobmen reagiruyushchih chastic s potokom. – M. Nauka. GRFML. 1985. – 336 p.
Dil'man V.V., Polyanin A.D. Metody model'nyh uravnenij i analogij. – M. Himiya. 1988. – 304 p.
