Введение к работе
Актуальность темы. Одной из актуальных задач жидкостной экстракции является интенсификация массообмена. Исследования последних 20-25 лет показали, что скорость массообмена существенно возрастает в условиях межфазной неустойчивости.
Одним из видов межфазной неустойчивости, способствующей интенсификации массообмена, является спонтанная межфазная конвекция (СМК), обусловленная градиентами межфазного натяжения, связанными с неравномерным распределением концентрации по межфазной поверхности, что приводит к возникновению касательных напряжений на поверхности и появлению гидродинамических течений в приповерхностных слоях контактирующих фаз.
Турбулизация приповерхностных слоев в системах жидкость-жидкость приводит к более быстрому обновлению поверхности и возрастанию скорости массопереноса.
По данным последних исследований, скорость массопереноса при экстракции в условиях СМК увеличивается в 2-f-10 раз по сравнению с диффузионно-конвективным массообменом. Основное внимание исследователей в теоретических и экспериментальных работах уделялось выявлению условий возникновения СМК, а также влиянию сформировавшегося конвективного движения в приповерхностных областях на интенсивность СМК.
В большинстве своем эти исследования относятся к рассмотрению процесса массопереноса одного компонента. Однако на практике очень часто в экстракционных процессах участвуют одновременно два или несколько компонентов.
Розеном A.M. и Крыловым B.C. /ШТ.- 1984.- № 2/ установлено, что в условиях диффузионно-конвективного массообмена в многокомпонентных системах потоки переносимых компонентов взаимозависимы. Кинетика же процесса массопереноса в многокомпонентных системах, проходящего в условиях спонтанной межфазной конвекции, практически не изучена. Не разработаны методики исследования многокомпонентной массопередачи в условиях СМК, отсутствуют обоснованные экспериментом кинетические зависимости, свидетельствующие о взаимном влиянии переносимых компонентов, участвующих в процессе массообмена в условиях СМК. Нет уравнений, отражающих связь скорости массопереноса каждого компонента с кинетическими характеристиками дру-
гих сопутствующих компонентов с учетом влияния на них межфазной конвекции.
В связи с этим, исследования кинетики массопереноса одновременно двух компонентов в условиях СМК являются безусловно актуальными .
Работа выполнена в соответствии с координационными планами научно-исследовательских работ, общесоюзной научно-технической программой по средствам защиты растений и животных (0.10.02) "Создать и освоить производство эффективных химических и биологических средств защиты растений и животных, безопасных для человека и окружающей среды, разработать и внедрить интегральные системы их применения в сельском хозяйстве"; заказ-нарядом 0-11868810418 "Исследования по изысканию способов интенсификации физико-механических процессов в технологии производства гербицидов"; госзаказом 007-П-88-90 "Поиск инженерных решений по интенсификации процессов и технологий получения гербицидов".
Цель работы. Исследование кинетических закономерностей совместного массопереноса двух компонентов в условиях спонтанной межфазной конвекции через плоскуо межфазную поверхность и сферическую (из дисперсной фазы в сплошную). Разработка методов оценки взаимовлияния диффузионных потоков при массопереносе двух компонентов в условиях спонтанной межфазной конвекции.
Задачи исследования.
-
Исследовать влияние диффузионного потока одного компонента на диффузионный поток другого компонента при их совместном массопереносе в условиях СМК через плоскую и сферическую межфазную поверхность.
-
Выяснить природу взаимодействия компонентов и получить метод оценки кинетических характеристик процесса совместного массопереноса с учетом эффектов взаимодействия компонентов в условиях СМК.
-
Исследовать взаимовлияние диффузионных потоков переносимых компонентов в условиях СМК в экстракционных лабораторных, опытно-промышленных и промышленных колонных аппаратах.
Научная новизна.
- Впервые созданы методики экспериментальных исследований кинетики
массопереноса в условиях СШ в четырехкомпонентных системах через
плоскую межфазную поверхность, из единичной движущейся капли и в
условиях стесненного движения капель в лабораторных и полупромыш
ленных экстракционных колоннах.
Впервые проведены систематические экспериментальные исследования кинетических закономерностей процесса совместного массопереноса двух компонентов в условиях СМК.
Получены уравнения, пригодные для количественной оценки взаимовлияния диффузионных потоков в процессе совместного массопереноса двух компонентов в условиях СМК.
Практическая ценность. Результаты экспериментальных исследований кинетических закономерностей совместного массопереноса двух компонентов в условиях СМК в экстракционных системах с плоской и сферической границей раздела фаз позволяют сформулировать необходимые требования к технологическим параметрам, приводящим к возникновению межфазной неустойчивости и соответствующим ей эффектам взаимодействия потоков переносимых компонентов, ускоряющим или замедляющим массоперенос компонентов.
Уравнения позволяют по физико-химическим параметрам экстракционной системы сделать оценки скорости совместного массопереноса компонентов и, соответственно этому, выбрать условия проведения процесса.
Основные выводы диссертации и предложенный метод оценки скорости совместного массопереноса в условиях СМК по кинетическим характеристикам индивидуального переноса компонентов, участвующих в массообмене, могут быть использованы научными и проектными организациями при разработке технологических процессов массообмена и расчете массообменной аппаратуры.
Реализация работы в промышленности. Результаты проведенных исследований были использованы при разработке технологии двухступенчатой экстракционной очистки технического 2,4-дихлорфенола от изомеров в производстве гербицидного препарата "2,4-Д" на Уфимском ПО "Хим-пром". Внедрение данной разработки позволило довести качество препарата "2,4-Д" до уровня лучших мировых образцов по биологическим и экологическим свойствам.
Автор защищает: 1. Результаты исследования кинетических закономерно тей совместного маосопереноса двух компонентов в условиях СМК при однонаправленном, встречном их переносе в экстракционных системах с плоской и сферической границей раздела фаз.
-
Метод оценки скорости массообмена переносимых компонентов с использованием полученных уравнений для определения параметров СМИ при их индивидуальном ыассопереносе и уравнений, учитывающих эффекты взаимодействия переносимых компонентов.
-
Результаты исследований кинетических закономерностей процесса совместного маосопереноса двух компонентов, осуществляемого в колонном гравитационном экстракторе.
-
Результаты лабораторных и промышленных исследований по экстракционной очистке технического 2,4-дихлорфенола от изомеров в производстве гербицида "2,4-Д".
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, были представлены на У1 Всесоюзной конференции по моделированию химических и нефтехимических процессов и реакторов "Химреактор-6" (Дзержинск, 1977 г.); на республиканских научно-технических конференциях "Актуальные проблемы нефтехимии" (Уфа, 1985 г.); "Пути повь шения эффективности разработок ХСЗР" (Уфа, 1986 г.); "Пути ускореш научных разработок химических средств защиты растений" (Уфа, 1987 і Всесоюзном научно-техническом совещании "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии - Химтехника-86" (Сумы, 1986 г.); Всесоюзной конференции по жидкостной экстракции (Красноярск, 1987 г.); Всесоюзной конференции молодых ученых по экстракции (Донецк, 1990 г.); Международной конференции по жидкостной экстракции (Япония, Киото, 1990 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографии из 175 наименований и приложений. Работа изложена на 108 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунков и 20 таблиц.