Моделювання процесу екстрагування речовини у системі: тверде тіло–рідина

Abstract

Розглянуто принципи моделювання процесу екстрагування речовини через клітинні стінки. Прийнято, що тверде тіло є агрегатом частинок, що деформуються, усередині яких знаходиться речовина, що витягується. Процес екстрагування розглянуто як суму двох стадій – дифузійної і гідродинамічної. Дифузійний характер носить стадія масообміну усередині твердого тіла в силу відсутностіу останнього плинності. Для дифузійної стадії запропоновано розглядати процес внутрішнього перенесення, як сукупність псевдокаталітичних реакцій між молекулами екстрагента і речовини, що витягується. Такий підхід дозволяє застосувати для моделювання процесу кінетичні апарат хімічної кінетики, розроблений для реакцій каталізу. У рамках цього підходу показаний зв’язок між коефіцієнтом дифузії і структурою частинок для випадку їх клітинної будови з урахуванням селективного відбору однієї з декількох певних речовин. Наведено рівняння опису зміни у часі середніх концентрацій речовини з урахуванням впливу умови зовнішньої масовіддачи на міжфазних межах. Доведено, що застосований підхід здійснює можливість знаходження достатнього числа параметрів для опису різних ефектів екстрагування і надає фізичний сенс інтерпретаціям кінетичних кривих екстрагування. Для гідродинамічної стадії сформульована рамкова модель порового простору, яка є детермінованою і двохмасштабною та враховує можливі зсувні і об’ємні деформації частинок. Таке двофазне середовище розглянуто як сукупність джерел змінної інтенсивності, в ролі яких виступають частки. Наведено рівняння для розрахунку коефіцієнту масопередачі для системи тверді частинки–рідина з урахуванням поведінки реології рідкої фази як суміші екстрагента і речовини, що витягується. Обґрунтовано доведено, що запропоновані моделі мають достатню універсальність для того, щоб витримати адаптацію до різних конкретних ситуацій.