Кинетика реэкстракции при волнообразовании на межфазной поверхности

• Автор: Голубина, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 204 с. : ил.

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Физикохимические основы экстракции и реэкстракции

1.2. Механизмы экстракции минеральных кислот

1.2.1. Физическое распределение

1.2.2. Экстракция нейтральными реагентами

1.2.2.1 Сольватный механизм

1.2.2.2. Гидратносольватный механизм

1.3. Массоперенос в системе жидкостьжидкость

1.3.1. Молекулярная диффузия в двухфазной системе

1.3.2. Конвекция в двухфазной системе

1.3.3. Массоперенос с химической реакцией
1.3.4. Основные представления о теориях массопсреноса
1.4. Структурообразование и межфазные явления в экстракционных системах
1.4.1. Методы измерения межфазного натяжения
1.5. Факторы интенсификации процесса реэкстракции
1.6. Поверхностные волны на границах раздела жидкостьжидкость и жидкостьгаз
1.6.1. Методы регистрации волн
1.6.1.1. Электромеханические методы
1.6.1.2. Оптические методы
1.6.1.3. Метод квазиупругого рассеяния лазерного излучения
2. Экспериментальная часть
2.1. Реактивы и материалы
2.2. Приготовление экстрактов
2.3. Приготовление водной фазы
2.4. Определение содержания кислоты в экстракте
2.5. Фотометрическое определение редкоземельных элементов
2.6. Определение технических возможностей экспериментальной установки и ее отдельных частей
2.6.1. Определение области рабочих частот вибратора
2.7. Определение области рабочих частот датчика
2.8. Метод исследования волнообразования на мсжфазной поверхности при реэкстракции .
2.9. Исследование кинетики реэкстракции при генерировании волн
2 Определение лимитирующей фазы
2 Методика исследования абсорбции углекислого газа би
дистиллатом
2 Реэкстракция из растекающейся капли при отсутствии и
при наличии генерирования волн
2 Определения межфазного натяжения на границе раздела жидкостьжидкость
2 Оценка воспроизводимости опытных данных
3. Волнообразование при реэкстракции кислоты
3.1. Рсжи м ы п роцесса рсэкстракци и
3.2. Влияние формы ячейки на интенсивность волнообразования
3.3. Влияние природы контактирующих фаз
3.3.1. Влияние природы отдающей фазы
3.3.2. Влияние природы принимающей фазы
3.4. Влияние экстракционного реагента на процесс волнообра 9 зования
3.5. Волнообразование на межфазной поверхности жид
костьгаз
3.6. Влияние высот фаз
4. Кинетика реэкстракции при генерировании волн на межфазной 3 поверхности
4.1. Влияние частоты приложенных колебаний
4.2. Влияние формы ячейки не процесс реэкстракции кислоты
4.3. Влияние геометрии вибрирующего элемента на процесс ре
экстракции кислоты
4.4. Влияние положения вибрирующего элемента на процесс 9 реэкстракции кислоты
4.5. Влияние природы отдающей фазы на резонансную частоту
4.6. Влияние природы принимающей фазы на резонансную час
4.7. Влияние поверхностноактивного вещества на резонанс 1 ную частоту
4.8. Влияние концентрации экстракционного реагента на резо 3 нансную частоту
4.9. Влияние природы переносимого вещества на резонансную 5 частоту
4 Абсорбция углекислого газа
4 Влияние режима генерирования поверхностных волн на кинетику реэкстракции
4 Влияние амплитуды колебаний межфазной поверхности
на кинетику реэкстракции
4 Влияние растекания органической фазы на кинетику рсэкстракции кислоты
4 Влияние высоты органической фазы на скорость реэкстракции
4 Влияние генерирования поверхностных волн на процесс реэкстракции в условиях вынужденной конвекции
4 Модельные представления
. Влияние амплитуды колебаний на коэффициент 8 массопередачи
. Влияние гидродинамической обстановки в приле 1 гающих фазах на коэффициент массопередачи
5. Кинетика реэкстракции кислоты при генерировании волн двумя
вибраторами
5.1. Влияние вида и положения вибрирующих элементов на 6 процесс реэкстракции кислоты
5.2. Модельное обоснование существования оптимального рас 3 положения генераторов на кинетику реэкстракции
Выводы
Библиографический список
Приложения
ВВЕДЕНИЕ


В таких системах осуществляется непосредственная координационная связь донорного атома функциональной группы экстрагента с ионом металла или протоном кислоты. Так, например, азотная кислота экстрагируется трибутилфосфатом ТБФ в виде безводных сольватов даже при низких концентрациях азотной кислоты. Значительное влияние на состав сольватов, образующихся при экстракции по сольватному механизму, оказывает природа используемого разбавителя. В работе изучены закономерности экстракции азотной кислоты неразбавленным дибутил или 2этилгексилфосфорной кислотой по зависимости логарифма эффективной константы распределения от функции равновесной активности воды. Установлено, что при экстракции образуются гидратированные ди и моносольваты. Взаимодействие азотной кислоты и ТБФ важный фактор, который необходимо учитывать при рассмотрении не только экстракции, но и экстракционного выщелачивания руд смесями ТБФ с НЫ и водой. Для описания экстракции НЫ неразбавленным ТБФ при концентрации Н1М в одной фазе до мольл достаточно учитывать образование НЫОу2ТБФ, НЫТБФ и 2НЫТБФ сольватов . При извлечении нитратов металлов менее основными экстрагентами, чем НФОС, а также при замене нитратионов более гидрированными анионами происходит заметная соэкстракция воды и переход от сольватного к гидратносольватному механизму экстракции. Наиболее подробно изучена экстракция кислот нейтральными реагентами. При рассмотрении закономерностей этого процесса Даймонд и Так I обратили внимание на то, что по данным исследования состояния протона в водных растворах, выполненных различными методами, его гидратное число равно четырем. Этот результат объяснен гидратацией иона гидроксония тремя молекулами воды. Комплекс иона гидроксония взаимодействует, но менее интенсивно, с молекулами воды, находящимися в других гидратных оболочках. На основании анализа ИКспектров экстрактов с различным содержанием кислот и воды, полученных при экстракции соляной и азотной кислот ароматическим углеводородами бензолом и оксилолом, установлено, что процесс экстракции в этих системах протекает по гидратносольватному механизму. Соляная кислота экстрагируется в виде ионного комплекса НзНЗАг СГ, а азотная кислота в виде НАгЫ0з. После разделения фаз, экстрагируемые ионные комплексы в органической фазе частично переходят в различные молекулярные комплексы, в органической фазе после разделения фаз устанавливается равновесие между различными формами комплексов . Образование гидратосольватов, в основном, происходит при введении в систему экстрагента. Например, при экстракции азотной кислоты ТБФ она может присоединяться не только к фосфорильному атому кислорода, но и к значительно менее основному эфирному атому кислорода, тогда дополнительные молекулы кислоты присоединяются через, воду и структура гидратносольватного комплекса имеет вид
ЯО Р 0 НШз
О НШз
Не существует гидратов азотной кислоты в экстрактах, которые содержали бы больше одной молекулы воды. Это связано со слабой связью воды с кислотой единственная молекула воды, которая может присоединяться к водородному атому кислоты, слабо поляризована и не может образовывать прочных связей с другими молекулами воды. Но даже если она их и образует, то они едва ли экстрагируются, так как не могут быть прочно сольватированы растворителем . На основе одновременного описания распределения азотной кислоты и воды Розеном А. М. с соавт. НЫ трибутилфосфатом, учитывающая образование гидратосольватов. Наилучшее описание данных получено в предположении, что в интервале кислотности до М и концентрации ТБФ до 1,1 М основными комплексами являются моносольваты НЫОзТБФ, дисольват моногидрат НЫ0зНТБФ2 вероятно, НТБФ2НЫ0з и полусольват моногидрат НЫ2 Н ТБФ. В работе также найдены константы экстракции перечисленных комплексов К,0,1, К,2, К ,. При экстракции хлорной кислоты структура г идросольватных комплексов иная. Так в работе определены составы комплексов, образующихся в системе НСЮ4Н2ОТБФСС. Найдено, что при концентрации кислоты до М и ТБФ до 0,5 М образуются трисольваттетрагидрат, дисольватдигидрат, моносольватмоногидрат и негидратированный моносольват хлорной кислоты.