Ізотермічна перегонка в дисперсних системах.

 

Процес ізотермічної перегонки може відбувається в дисперсних системах, в яких є частинки, що знаходяться в області дії ефекту Кельвіна.

В цьому випадку частинки різних розмірів мають різні хімічні потенціали, що створює рушійну силу переносу речовини від дрібних частинок до великих.

Процес ізотермічної перегонки складається з трьох стадій:

1)розчинення або випаровування дрібних частинок;

2)перенос речовин в напрямку від дрібних до великих частинок;

3)ріст великих частинок.

Перша і третя стадії є фазовими переходами, в результаті яких відбувається зміна площі міжфазної поверхні. Вони мають, як правило, значні величини енергії активації. Кінетика цих стадій (ріст та розчинення частинок) розглянуті в розділі 6.

Друга стадія – перенос речовини, має дифузійну природу і описується першим законом Фіка.

(7.1)

D - коефіцієнт дифузії;

m - маса речовини, що про дифундувала через площу S за час t.

Як відомо, коефіцієнт дифузії сильно залежить від агрегатного стану дисперсійного середовища, змінюючись в десятки тисяч разів при переході від газоподібного до рідкого та від рідкого до твердого станів. Якщо лімітуючою стадією є друга то, швидкість процесу ізотермічної перегонки залежить тільки від градієнта концентрацій або тисків.

В свою чергу градієнт концентрацій визначається різною розчинністю частинок, що мають різні розміри (для газоподібних систем замість розчинності використовують значення тиску).

Розглянемо систему з рідким дисперсійним середовищем, де є частинки різних розмірів з різною розчинністю. Залежність розчинності від розмірів частинок можна описати рівнянням Кельвіна:

(7.2)

Виразимо з цього рівняння розчинність частинок з радіусом r:

(7.3)

Градієнт концентрації визначається їх різницею над поверхнею малих х_м і великих х_в частинок:

(7.4)

якщо r_B>>r_M, тоді (7.5)

Перенос речовин залежить від розмірів частинок, поверхневого натягу і температури. Системи, в яких дисперсна фаза має велику розчинність в дисперсійному, мають велику здатність до ізотермічної перегонки і не здатні утворювати високодисперсні системи.

Температура по різному впливає на стадії процесу, тому при різних температурах лімітуючою може стати будь-яка стадія.