Словарь научных терминов
Растворение

РАСТВОРЕНИЕ твердых тел, гетерогенное физ.-хим. взаимод. твердого тела и жидкости, сопровождающееся переходом твердой фазы в р-р; один из осн. процессов хим. технологии. Р. следует отличать от экстрагирования, при к-ром контактирующие с р-ром твердые частицы состоят из двух или более р-римых и инертных твердых фаз, а Р. носит избират. характер (см. также Выщелачивание).

Различают физическое, химическое и электрохимическое Р. При физическом Р. переход в р-р в-ва не сопровождается изменением его хим. состава; в-во можно выделить в твердом состоянии с помощью выпаривания и кристаллизации. При химическом Р. переход в-ва в р-р сопровождается хим. р-цией; исходное в-во нельзя выделить из р-ра в твердом состоянии физ. методами (примеры-Р. металлов или их оксидов в к-тах, Р. фосфоритов либо апатитов в сернокислотном р-ре с получением Н3РО4 и др.). Электрохимическое Р. протекает в условиях, когда процессу сопутствует перенос электрич. зарядов. Наиб. изучены закономерности и практика Р. твердых в-в с ионной кристаллич. решеткой (гл. обр. соли), к-рым в осн. посвящена данная статья.

Физико-химические основы процесса

Р. сопровождается поглощением или выделением теплоты. Тепловой эффект Р. находят по ур-нию: DHр = U — — DHг(с), где 17- энергия кристаллич. решетки растворяемой соли, DHг(с) - теплота гидратации (сольватации) перешедших в р-р ионов соли. При U > DHг(с) и DHр > 0 процесс эндо-термичсн; при U < DHг(с) и DHр > 0 процесс экзотермичен. Условия самопроизвольного протекания процесса определяются знаком величины DG, к-рую вычисляют по выражению: DG = DHрTDS, где Т-абс. т-ра; DS-изменение энтропии. При DG < 0 вероятно Р., при DG > 0 вероятен обратный процесс-кристаллизация. Расчет может дать положит. либо отрицат. результат (отсутствие или наличие растворимости).

При нек-рой концентрации, наз. концентрацией насыщения сн, между твердым телом и жидкостью устанавливается равновесие. При нем хим. потенциал в-ва в р-ре становится равным хим. потенциалу того же в-ва в твердом состоянии. Концентрация сн не зависит от давления, однако в значит. степени определяется т-рой, с увеличением к-рой р-римость возрастает. Последняя оказывает сильное влияние на кинетику Р. С увеличением р-римости возрастает разность концентраций (движущая сила процесса) и Р. ускоряется (см. также Растворы).

Физическое Р. может протекать по диффузионному, кине-тич. или смешанному механизму (см. Массообмен). Рассмотрим наиб. распространенный диффузионный механизм. При Р. на пов-сти растворяющегося тела возникает диффузионный пограничный слой, в пределах к-рого концентрация изменяется от сн на пов-сти тела до концентрации с в осн. массе р-ра. При погружении тела в неподвижную жидкость в пределах диффузионного слоя возникает движение жидкости, побуждаемое разностью плотностей ее и тела в слое и вне его (естеств. конвекция). При погружении тела в движущуюся жидкость в пределах диффузионного слоя также возникает движение, скорость к-рого снижается по мере приближения к пов-сти тела (вынужденная конвекция, ускоряемая перемешиванием). При этом толщина слоя зависит от его диффузионных и гидродинамич. параметров и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса Re = ud/v (u-скорость обтекания жидкостью объекта P., d-eгo размер, v-кинематич. вязкость жидкости).

Осн. закон кинетики .диффузионного P.: —dM/dt = = kF(cнс), где М-масса растворяющегося в-ва, t-время, k-коэф. массоотдачи, F-площадь пов-сти Р. Параметр k определяется ур-ниями в обобщенных переменных (табл.; см. Подобия теория).

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/9/12229.jpeg

* Обозначения: D-коэф. диффузии; g- ускорение своб. падения; r-плотн. р-ра; rн-плотн. насыщ. р-ра; rч-плотн. твердых частиц; fт - коэф. трения; Uд = = N/rVж-среднее значение диссипации энергии в единице массы перемешиваемой жидкости; N = x r w3http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/0/12230.jpeg- мощность, затрачиваемая на перемешивание; Vж- объем жидкости в аппарате; w-частота вращения мешалки; dм- диаметр окружности, описываемой мешалкой; 4-коэф. сопротивления вращению мешалки.

Химическое Р. может протекать без образования или с образованием новой фазы.

Р. без образования новой фазы (продукты р-ции растворены в жидкости). Скорость процесса находят из выражения:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/1/12231.jpeg

где kR-константа скорости р-ции на пов-сти Р.; ср, сR-концентрации реагента (к-та, щелочь) в осн. массе р-ра и на пов-сти Р.; m-стехиометрич. коэффициент. При т = 1 имеем:

-dM/dt = Fcp/(1/kR+1/k).

Аналогично физическому Р. в данном случае также различают диффузионный, кинетич. и смешанный механизмы.

Р. с образованием новой твердой фазы. Возможно неск. вариантов процесса.

1) Твердый продукт р-ции немедленно удаляется с пов-сти Р.; при этом скорость процесса остается постоянной (при F = const и с = const).

2) Твердый продукт образует пленку с постоянной по толщине пористостью, плотно связанную с исходным твердым материалом. По мере протекания процесса толщина пленки возрастает, а скорость процесса снижается. Анализ кинетики Р. сферич. частиц (наиб. распространенный случай) в описанных условиях приводит к выражению:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/2/12232.jpeg

где f = r/r0; a = m'(rт/rп); r0, r-начальный и текущий радиусы растворяющейся сферы из исходного в-ва; rт, rп-плотн. в-ва и продуктов р-ции; Dп-коэф. диффузии в-ва сквозь пленку продуктов; l, m'-стехиометрич. коэф. пересчета от исходного в-ва к реагенту и от продуктов р-ции к растворяющемуся в-ву.

3) Образующаяся твердая фаза кристаллизуется в р-ре, что обусловлено его пересыщением, и осаждается на пов-сти Р. Ее экранирование тем значительнее, чем выше концентрация твердых частиц в р-ре.

Р. с образованием газообразной фазы встречается особенно часто (Р. металлов в к-тах и разложение ими карбонатов или сульфитов с выделением Н2, СО2 или SO2). Газообразные продукты оказывают сильное, иногда определяющее влияние на химическое Р.: изолируют от жидкого реагента пов-сть р-ции и способствуют хорошему перемешиванию р-ра вблизи этой пов-сти благодаря выделению газовых пузырьков. Интенсивность пузырькового режима, число пузырьков и частота их образования зависят от концентрации реагента. С ее увеличением возрастает константа скорости kR. При определенной концентрации реагента, наз. критической, константа достигает максимума, а при дальнейшем увеличении уменьшается.

Для мн. объектов Р. в условиях газовыделения протекает в диффузионной области; закономерности изменения конста.нты kR объясняются следующим образом: с возрастанием концентрации реагента интенсифицируется пузырьковый режим, что способствует турбулизации пограничного слоя и уменьшению толщины диффузионного слоя, т.е. интенсификации транспорта реагента к пов-сти Р. Одновременно ускоряется экранирование пов-сти (изоляция ее от жидкой среды), вследствие чего по достижении критич. концентрации величина kR начинает снижаться. Помимо концентрации реагента на константу скорости влияют вязкость жидкости (с ее увеличением kR уменьшается) и давление в системе; при возрастании последнего рост пузырьков и общая интенсивность пузырькового режима снижаются, что также приводит к уменьшению kR.

Опытные данные по кинетике Р. ряда объектов обобщены критериальными ур-ниями, к-рые применимы к концентрациям, не превышающим критические:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/3/12233.jpeg Sc < 300 http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/4/12234.jpeg Sc>300 10-3<Re*<102

Sh* = (kR d)/DR Sc* = (lqR d)/(rruж)

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/5/12235.jpeg Sс=uж/DR,

где s-поверхностное натяжение жидкости; DR-коэф. диффузии реагента; rж, rг-плотн. жидкости и газа; qR-плотн. потока реагента к пов-сти Р.; l-стехиометрич. коэффициент. Обобщение выполнено с учетом результатов экспериментов по P. Mg, Мn, СаСО3, СuСО3 · Сu(ОН)2 в к-тах (НС1, HNO3, H2SO4). Известно немало случаев, когда Р. металлов и сплавов протекает в кинетич. области; так, А1 и его сплавы раств. в р-рах щелочей, а константа скорости Р. удовлетворяет ур-нию: kR = k0e-E/RT (Е-энергия активации, R-газовая постоянная, Т-абс. т-ра).

Закономерности Р. техн. металлов и их сплавов связаны с электрохим. явлениями (см. Коррозия металлов, Электрохимическая кинетика).

Способы организации и аппаратурное оформление

Схемы процесса. Пром. реализация Р., проводимого в аппаратах-растворителях, связана с определенной схемой взаимод. твердой и жидкой фаз: замкнутый периодич. процесс (напр., в аппарате с мешалкой); прямоточное или противоточное Р., при к-ром фазы движутся соотв. в одном направлении либо в противоположных направлениях; периодич. Р. в слое растворяющихся частиц (жидкость фильтруется через неподвижный стационарный слой). В крупнотоннажных произ-вах наиб. распространены прямоточная и противоточная схемы. При прямотоке пов-сть Р. и движущая сила (снс) одновременно уменьшаются, что приводит к замедлению процесса. При противотоке уменьшение пов-сти Р. сопровождается увеличением разности концентраций, а скорость Р. более постоянна. Выбор схемы Р. зависит также и от др. факторов, напр. от размера частиц растворяющегося в-ва. Так, при Р. полидисперсной смеси частиц в противоточном аппарате трудно избежать выноса за его пределы мелкой фракции вместе с жидкостью.

В практике Р. широко применяют комбинир. схемы, комплектуемые из ряда аппаратов. Так, каждый аппарат в отдельности работает по принципу прямотока, а вместе соединены в противоточную схему. Р. обычно предшествует измельчение твердого материала, что способствует ускорению процесса, но требует больших энергетич. затрат и затрудняет фильтрац. очистку полученного р-ра. Размер частиц, поступающих на Р., находят оптимизацией его самого и всей совокупности сопутствующих процессов.

При галургич. переработке минер., сырья важную роль играет Р. многокомпонентных солевых систем. Напр., в основе получения КС1 из сильвинита лежит частичное P. NaCl и почти полное P. KC1 в горячих щелоках с последующим выделением из р-ра готового продукта при охлаждении. Кинетика Р. смеси из п компонентов определяется совместным решением (обычно на ЭВМ) системы ур-ний:

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/6/12236.jpeg

Cнi=fc(с1, с2,..., сn)

Fi=fF(Mi) i=1,2,...,n

и ур-ния материального баланса типа

Mi0-Mi = W(ci0-ci),

где Mi0-начальная масса i-го компонента; ci0-начальная концентрация р-ра; W-его объем.

Аппаратура. При периодич. процессе в одном и том же аппарате выполняют ряд последоват. операций: дозировку компонентов р-ра, заполнение рабочего объема, подогрев жидкости до заданной т-ры, собственно Р., отделение р-ра от нерастворимого остатка, их выгрузку, подготовку к след. циклу. К оборудованию периодич. действия, используемому в малотоннажных произ-вах и при большом ассортименте растворяемых в-в, относятся аппараты с мех. перемешиванием и со стационарным слоем растворяющихся твердых частиц. В первом случае применяют перемешивающие приспособления разл. типов, частота вращения к-рых должна быть достаточна для создания гидродинамич. силы, способной привести частицы во взвешенное состояние (см. также Перемешивание). Во втором случае р-р фильтруется сквозь слой растворяющихся и инертных частиц, а скорость фильтрования определяет кинетику Р.


http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/7/12237.jpeg

Рис. 1. Колонный аппарат для растворе- ния в псевдоожиженном слое.

Аппараты непрерывного действия используют для Р. больших масс материала. Каждая стадия осуществляется в отдельном аппарате. Пром. значение имеют аппараты: с псевдоожиженным слоем растворяющихся частиц; сочетающие Р. с гидравлич. транспортом целевых продуктов; с транспортирующими и перемешивающимися устройствами; с движущимся слоем твердой фазы.

На рис. 1 представлен аппарат с псевдоожиженным слоем, предназначенный для Р., напр., галитовых отходов (размер частиц 0,5-5,0 мм) калийных предприятий. Скорость движения растворяющего рассола должна превышать скорость псевдоожижения крупных частиц.

Трубчатый растворитель (рис. 2) состоит из ряда последовательно соединенных вертикальных труб, через к-рые насосом перекачивается суспензия, предварительно подготовленная в аппарате с мешалкой 2. Скорость движения жидкости должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц во избежание закупорки труб. В случае аварийной остановки насоса жидкость, содержащая и твердую фазу, спускается в горизонтальный корытный аппарат с мешалкой 7.

К числу аппаратов с транспортирующими и перемешивающими устройствами относится шнековый растворитель (рис. 3). Сварной корпус корытообразной формы снабжен шнеком для перемешивания твердого материала и наклонным ковшовым элеватором для выгрузки нерастворившегося остатка. Уменьшение продольного перемешивания достигается секционированием аппарата спец. перегородками. Растворяющий реагент движется к элеватору (прямоток) или в противоположном направлении (противоток). В перспективе предполагается использование вертикальных противоточных колонных аппаратов с движущимся слоем р-римого в-ва.

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/8/12238.jpeg

Рис. 2. Трубчатый растворитель: 1 -ленточный транспортер для твердого материала; 2, 7-аппараты с мешалками; 3-паровая рубашка; 4-вертикальные трубы; 5-бак с водой для промывки труб; 6-сгуститель; 8-насос.

Интенсификация процесса. Скорость Р., как правило, возрастает с увеличением т-ры, однако р-р можно нагревать до определенного предела, обусловленного пределом кипения жидкости и стоимостью тепловой энергии. В практике Р. используют методы, основанные на обтекании твердых частиц жидкостью, а также на систематич. обновлении пов-сти Р.: интенсивное перемешивание мех. мешалками и др. устройствами; наложение поля колебаний (от низкочастотных до ультразвуковых); сочетание Р. и измельчения в одном аппарате; применение электрич. разрядов в жидкости. Два последних метода обеспечивают высокую степень интенсификации Р. и, кроме того, эффективны, если твердые частицы первоначально покрыты экранирующими инертными пленками или примесями.

http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/3/9/12239.jpeg

Рис. 3. Шнековый растворитель: 1 -привод; 2-сопло для пара; 3-скребки для перемешивания материала в пределах каждой секции; 4, 6-лопасть и вал мешалки (шнека); 5 - перегородка; 7-элеватор; 8-штуцер для отвода р-ра; 9-ковш; 10-штуцеры для аварийного опорожнения.


Р. широко используют в хим. и смежных отраслях промети для получения р-ров с последующей их переработкой (см. Галургия), отделения р-римых в-в от сопутствующих инертных примесей (напр., в произ-вах минер. солей и удобрений), обработки р-римых материалов, в т.ч. металлов, с целью придания им определенных размера и формы (т. наз. химическое фрезерование), создания полостей большого объема в соляных толщах с целью хранения в них газов и жидкостей.

Лит.: Здановский А.Б., Кинетика растворения природных солей в условиях вынужденной конвекции, Л., 1956; Аксельруд Г. А., Мол чанов А. Д., Растворение твердых веществ, М., 1977; Галургия, под ред. И. Д. Соколова, Л., 1983; Аксельруд Г. А., Гумницкий Я. М., Дубинин А. И., "Теоретич. основы хим. технологии", 1989, т. 23, № 1, с. 28-33; К а раж ан о в Н. А., Основы кинетики растворения солей, А.-А., 1989. Г. А. Аксельруд.


Радзишевского реакция Радиационная защита Радиационная полимеризация Радиационная стойкость Радиационная химия Радий Радикалов теория Радикалы свободные Радикальная полимеризация Радикальные пары Радикальные реакции Радиоактивационный анализ Радиоактивность Радиоактивные отходы Радиоактивные ряды Радиография Радиозащитные средства Радиолиз Радиометрия Радионуклиды Радиопоглощающие и радиопрозрачные материалы Радиопрозрачные материалы Радиоспектроскопия Радиохимическая чистота Радиохимия Радиоэкология Радон Раймера-тимана реакция Райссерта реакция Ракетные топлива Рамановская спектроскопия Рамберга-бэклунда реакция Рамноза Рапсовое масло Расклинивающее давление Распиливание Расплавы Рассеянные элементы Растворение Растворимость Растворители Растворы Растворы неэлектролитов Растворы полимеров Растворы электролитов Растительные масла Расходомеры Расщепление рацематов Раффиноза Рацематы Рацемизация Рашига реакции Рвотные средства Реагенты органические Реадиновые алкалоиды Реактивные топлива Реактивы химические Реактопласты Реакторы химические Реакции в растворах Реакции в твердых телах Реакции химические Реакционная способность Реакционная хроматография Ребиндера эффект Регуляторные белки Регуляторы роста растений Регуляторы ферментов Редкие элементы Редкоземельные элементы Редокс-иониты Редукторные масла Резерпин Резина Резиновая смесь Резиновые клей Резольные смолы Резонанса теория Резонансное взаимодействие Резорцин Рекомбинация Рекомбинация генетическая Ректификация Релаксационные методы Релаксация Ремантадин Рений Ренийорганические соединения Ренин Рения оксиды Рентгеновская спектроскопия Рентгенография Реология Репарация Репелленты Репликация Реппе реакции Репрография Рестриктазы Ретаболил Ретроионилиденовая перегруппировка Ретросинтетический анализ Реформатского реакция Рефрактометрия Рефракция молярная Рецепторные белки Рибоза Рибонуклеазы Рибонуклеиновые кислоты Рибонуклеозид-дифосфат-редуктазы Рибосома Рибофлавин Риттера реакция Риформат Риформинг Рицин Рицинолевая кислота Робинсона-манниха реакция Робинсона-шепфа реакция Родамины Роданиды Роданины Родентициды Родий Родийорганические соединения Родионова реакция Родопсин Розенмунда реакция Розеноксйд Росы точка Ротаксаны Ротенон Роторные аппараты Ртути галогениды Ртути оксиды Ртути сульфиды Ртути халькогениды Ртуть Рубеановодородная кислота Рубидий Рубидия галогениды Руда Руле перегруппировка Рутений Рутил Рыжиковое масло Ряд напряжений
www.missus.ru: Освежитель воздуха в машину своими руками
07.07.2017
… засыпьте в баночку. Залейте его водой и дождитесь полного растворения. Добавьте глицерин и эфирное масло. После замешивания положить в холодильник на 20 минут . …
www.missus.ru: Заварные булочки с беконом и зеленью
04.07.2017
… ковшик вливаем воду, кладем соль и масло. Ставим на огонь и доводим до кипения и растворения масла. …
www.missus.ru: Пять способов применения желатина для красоты
06.05.2017
… уголь и измельчаем. К нему добавляем желатин. Теперь нам остается только добавить молоко. Можно так же заменить его водой. Эту смесь тщательно перемешиваем и ставим на водяную баню до полного растворения или ставим в микроволновку на 10 секунд на самую минимальную температуру нагрева. Затем даем немного смеси остыть. …
www.missus.ru: Заливные яйца
26.04.2017
… Замочить желатин на 10 минут. Подогреть его до полного растворения (не кипятить), смешать с бульоном. Процедить. Нарезать кубиками перец, ветчину. Слить воду с кукурузы. …
www.missus.ru: Сырный супчик на скорую руку
22.03.2017
… в бульон нарезанные сырки, нашинкованное мясо, спассерованные лук и морковь, добавьте специи. Варите до полного растворения сырков. …
www.missus.ru: Желатин на страже красоты
24.11.2016
… уголь и измельчаем. К нему добавляем желатин. Теперь нам остается только добавить молоко. Можно так же заменить его водой. Эту смесь тщательно перемешиваем и ставим на водяную баню до полного растворения или ставим в микроволновку на 10 секунд на самую минимальную температуру нагрева. Затем даем немного смеси остыть. …
www.missus.ru: 6 простых научных опытов, которые стоит показать каждому ребенку
14.11.2016
… некоторое время, когда сахар в сиропе остынет его способность к растворению ослабнет, и он осядет в качестве осадка на стенах банок и на палочке. Полученные лакомства можно смело есть, если использовался пищевой …
www.missus.ru: Супер-влажный шоколадный пирог (без яиц)☝
29.10.2016
… сыпучие продукты: муку, соль, соду пищевую, какао-порошок. В другой чашке смешиваем растительное масло с сахаром, добавляем растворимый кофе, лимонный сок и воду. Взбиваем миксером до полного растворения сахара. Затем в сухую смесь вливаем жидкую часть теста и тщательно перемешиваем с помощью миксера или привычного для многих венчика. …
www.pravda.ru: Казанский студент изобрел растворимый "полиэтилен"
21.01.2014
… рассказал, что созданная им пленка сделана на основе обычного крахмала. При ее растворении в воде, по словам студента, образуется вода, азот и углекислый газ в количестве, безвредном для человека. "Например, один автомобиль выделяет столько углекислого газа, сколько при разложении 50 тонн …
www.pravda.ru: Офиты: поклонники Змея и почитатели Каина
14.03.2012
… justify;">Гностицизм, о котором мы уже писали, почти не сохранился в "чистом" виде, таким, каким был в пору своего расцвета — в II-III веках нашей эры. Но гностические идеи оказались растворены во многих религиозных традициях, пришедших следом. О наиболее необычных и причудливых формах, которые зачастую принимало учение гнозиса, мы расскажем в этой статье. …
www.yoki.ru: Власти США оштрафуют BP
25.05.2010
… федеральные власти потребовали от ВР сократить масштабы применения химикатов для растворения нефти. Это связано с тем, что реагенты, используемые компанией для растворения нефти, токсичны и опасны для здоровья человека. Они раздражают слизистую оболочку глаз, кожу и дыхательные пути. Остановить использование этой смеси под названием "Корэксит 9500" компания должна …
www.yoki.ru: На юге Франции произошла экологическая катастрофа
09.07.2008
… по производству ядерного топлива Tricastin в городе Боллен (департамент Воклюз) во время промывки одного из резервуаров. По информации ASN, в жидкости, попавшей в две близлежащие речки, было растворено 360 килограммов урана, что составляет 12 граммов на литр. Представители ASN оценивают риск для населения как незначительный и утверждают, что концентрация урана в реках быстро …
www.yoki.ru: Британские ученые создали стекло для сращивания костей
05.06.2008
… по установке костных имплантатов. Созданное учеными стекло "работает" как активный шаблон для роста костной ткани и растворяется в теле пациента, не оставляя никаких следов. В процессе растворения материал высвобождает кальций и другие вещества, стимулирующие рост костей. Стекло активирует гены костных клеток человека, контролирующих процесс роста костей: оно высвобождает раствор соединений …
www.medpulse.ru: Чем должна пахнуть знойная женщина в летний день
31.05.2007
… 3 капель масла чабреца в одной чайной ложке уксуса или лимонного сока. Можно – и чистой лавандой. При множественных укусах рекомендуется принять 15-минутную ванну со следующей предварительно растворенной в 100 г кефира или йогурта смесью масел: 5 капель лаванды, 2 капли лимона и 1 капля чабреца. В знойный летний день запах парфюмерии и дезодорантов часто кажется резким, …
www.yoki.ru: «Рогозин загубил «Родину» своими амбициями»
06.12.2006
… одиночку, кем он по сути своей всегда и являлся, а как лидера политической организации, пусть небольшой, но якобы реально существующей. После создания партии «Родина» произошло слияние и растворение политических брендов в одном котле. Теперь же, оставшись не у дел, Рогозин попытается собрать вокруг себя разрозненные полумаргинальные группировки под флагом своего, …