ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика растворения соли в воде и ее водных растворах из "Поваренная соль" Соли морской системы, в том числе и Na l растворяются в воде диффузионно, т. е. скорость процесса лимитируется диффузионным переносом растворившегося вещества от поверхности твердой фазы в объем растворителя, а также подачей воды или ненасыщенного раствора к поверхности соли. [c.51] Закономерности процесса вполне адекватно отражены теорией пограничного слоя [102] и конвективной диффузии [103, 104]. Допускается, что по сравнению с недиффузионным растворением в рассматриваемом процессе межфазовый переход протекает практически мгновенно. Отметим также, что здесь кратко изложены закономерности именно процесса растворения, в котором вся твердая фаза или большая ее часть переходит в раствор. Кинетика процесса выщелачивания (частичного, избирательного растворения), который реализуется при фильтрации жидкости через пористый слой в основном нерастворимого вещества, рассмотрена в работах [105, 106]. [c.51] Конвективная диффузия включает два механизма переноса вещества в жидкости — молекулярную диффузию и конвекцию. Причем различают конвекцию свободную (естественную) и вынужденную (под действием мешалки, насоса и т. п.). Каждый из этих режимов массообмена характеризуется еще ламинарным и турбулентным движением пограничного слоя и внешнего по отношению к нему потока растворителя. [c.51] Уравнение (3.18) есть баланс количества вещества (соли) в элементе объема жидкости. По форме оно аналогично уравнению тепловой конвекции, которое выражает баланс количества тепла. [c.52] При анализе различных задач конвекции уравнение (3.18) решается совместно с уравнениями движения пограничного слоя или внешнего потока жидкости. [c.52] Молекулярн о-д иффузионное растворение соли имеет место в неподвижной жидкости со дна емкости, бассейна или подземной камеры. Обычно процесс быстро затухает из-за нарастания слоя насыщенного раствора и слоя нерастворимого осадка. Но оценка скорости процесса представляет определенный практический интерес. [c.52] Формула Стефана (3.26) хорошо подтверждается экспериментально. Если обра- -1,0 зец кристалла соли со всех сторон, кроме одной, покрыть нерастворимой в воде пленкой и погрузить в воду открытой гранью вверх со строго горизонтальным ее расположением, то на поверхности соли быстро образуется пограничный слой раствора. Этот слой не должен стекать с поверхности соли, что обеспечивается плотным ограждением по боковому периметру кристалла. При этом видна четкая граница между раствором и водой, и наблюдается медленный рост толщины слоя соблюдаются условия (3.19) и (3.21) скорость молекулярно-диффу-зионного растворения соли в воде уменьшается по (3.25). Возмущающее действие погружения образца в жидкость вызывает конвективные потоки, которые медленно, около 3 ч, затухают, и процесс растворения переходит в режим молекулярной диффузии. Это видно на рис. 3-8, где приведены данные [108], обработанные нами в координатах Ig Wo и Ig т. Наклон прямой 1 равен V2, что подтверждает формулу (3.26). [c.53] Формулы (3.26) и (3.27) могут быть использованы также для внесения поправки на нестационарность молекулярного процесса при изучении кинетики свободно-конвективного растворения соли. [c.53] В конвективных процессах растворения соли величины б и А имеют более сложную зависимость от физико-химических и гидродинамических параметров. [c.54] Свободная конвекция возникает в жидкости или в газе под действием локальных градиентов плотности в неоднородном поле концентрации вещества или температуры. При погружении кристалла соли в воду пограничный слой раствора под действием силы тяжести Др, где Др = рн—р (разность плотностей насыщенного раствора и растворителя), стекает струйками вниз. Таким образом протекает конвективный перенос вещества без внешнего воздействия. [c.54] Растворение соли в режиме свободной конвекции имеет место в подземных солевых камерах, а также в наземных емкостях, заполненных солью и водой и не имеющих мешалок или других средств перемешивания. [c.54] Наиболее простые для теоретического анализа плоские поверхности соли можно рассматривать как элементы камер подземного растворения. [c.54] Теория свободноконвективного растворения вертикальной и наклонной пластин соли в воде аналогична теории процессов тепловой конвекции вдоль нагретой пластины в воздухе или в жидкости [102, 103]. [c.54] Причем за пределами пограничного слоя принято ро = р. [c.56] Уравнения (3.44) и (3.45) справедливы при ламинарном движении пограничного слоя. Они позволяют выразить коэффициент скорости растворения соли через конкретные физикохимические параметры, но в определенном интервале значений числа Рэлея Ra = GrS . [c.56] Если специфику массообмена в системе соль — вода учесть путем расчета числа Рэлея по минимуму коэффициента диффузии соли в растворе D( )min и максимуму вязкости раствора v( )max, как предложено в работе [111, с. 61—75], то в формуле (3.45) множитель перед Ra / почти совпадает с его теоретическим значением 0,664 и показатель степени равен 0,25 (табл. 3-7). [c.56] Более точное совпадение данных опыта с теорией здесь не ожидается, так как принятая для расчетов замена (3.33) является приближенной, а значение производной (3.42) найдено для S =10 , в то время как для рассматриваемых систем число Шмидта ниже или выше в зависимости от температуры [111, с. 61—75]. По теории [102] при S =102 m = 0,653 и для S =10 m = 0,669. [c.57] При увеличении числа Рэлея до RaKPg lO наблюдается переход процесса растворения соли к турбулентному режиму течения пограничного слоя [113]. По данным измерений [111, с. 61—75] с образцами галита, сильвина и бишофита этот переход имеет место в области числа Рэлея RaKp =6,5-10 - 3 10 . [c.57] Вернуться к основной статье