擴散原理和相際傳質過程

萃取分離是利用混合物中各組分在兩相間平衡時的分配不同現混合物分離。萃取平衡反映了溶質的可能傳遞方向和進行程度。萃取傳質過程反映萃取的力學特性,即溶質傳遞的速率或過程的難易程度,與溶質的傳遞機理有關。萃取過程中,溶質從一相傳遞到另一相的過程可以分為三步:

①溶質從一相的主體擴散到兩相的界面;

②在界面上溶質從一相轉入另一相;

③溶質從界面的另一相向其主體擴散。

為了認識兩相間的傳質,首先要討論溶質從流體主體到界面和從界面到流體主體的擴散,即單相中的擴散,然后討論兩相間的傳遞。

由于混合物存在濃度梯度而產生的某些組分通過該混合物的遷移運動稱為擴散。因為擴散運動使組分向著度梯度減小的方向運動,如果濃度梯度保持恒定,擴散運動將持續而穩定地進行。

擴散亦可以由壓力梯度、溫度梯度或應用離心力等外力場而產生,但是這些現象在液液萃取過程中應用較少,因此考慮由濃度梯度而產生的擴散。由濃度梯度所產生的擴散現象可分為分子擴散和渦流擴散兩類。前者是由于分子熱運動所引起的,而后者則是在湍流流體由于漩渦和湍動所引的。渦流擴散比分子擴散要快。

(2)擴散在萃取過程中的作用

由于擴散過程引起了物質的傳遞,所以通常把化學工程中利用擴散過程的單元操作稱為傳質操作。常見的有精餾、吸收、萃取、浸取、結晶、干燥等,它們在化學工業中應用廣泛。由于液液萃取涉及兩個液相間的傳質分離,液相間的密度小、黏度大、界面現象復雜,液相的分子擴散系數較小,因此有必要對液液萃取過程中的擴散現象進行分析。