Лако-красочные материалы — производство

Процессами поверхностного разделения называют такие процессы разделения веществ, которые основаны на разнице составов поверхностного слоя и объемных фаз. Эти процессы широко применяют для разделения сложных смесей. Помимо адсорбционной хроматографии, значительное развитие полу­чили и другие методы поверхностного разделения, в частности методы пенного разделения (см., например, [67—70]).

Непрерывно и равновесно протекающие процессы поверх­ностного разделения аналогичны открытым фазовым процессам (например, процессам испарения), в ходе которых также изменяется состав системы: однократное поверхностное разде­ление подобно дистилляции, а многократное — ректификации. Поэтому теория процессов поверхностного разделения имеет много общего с теорией открытых фазовых процессов, хорошо разработанной в современной химической термодинамике.

Изменения состава и массы системы в ходе поверхностного разделения связаны соотношением [71, 72]

Dv-

7′ =xai-xi (/=1,2,…) (60)

D In tn 1 1

Где xt — молярная доля i-vo компонента;

M — общее число молей системы; индекс сг относится к по­верхностному слою, отделяемому в ходе процесса.

Уравнения (60) можно записать в виде

(61>

XK ~~xk

И рассматривать как систему дифференциальных уравнений для линий поверхностного разделения, по которым изменяется со­став системы на ее диаграмме состояния.

В ходе поверхностного разделения меняется также и по­верхностное натяжение а. Его изменение дается уравне­нием [71, 72]

Л-1

АЧШГ = — 2 (xi-xi)(4-xk)d[1]G/dxidxk (62)

I, k= i

Где а — отношение величины поверхности к числу молей по­верхностного слоя;

G — молярный термодинамический потенциал Гиббса;

П — число компонентов.

Из термодинамических условий устойчивости следует, что квадратичная форма в правой части (62) положительна. Следо­вательно, производная Dold In Т < 0, а так как в процессе поверхностного разделения масса системы всегда уменьшается, то поверхностное натяжение всегда возрастает.

Анализ закономерностей, определяющих ход линий поверх­ностного разделения, и составляет содержание термодинамики процессов поверхностного разделения. При этом исследуются как локальные закономерности, определяющие форму линий, так и общие закономерности диаграмм поверхностного разде­ления. К последним относится формула, устанавливающая связь между числом особых точек (типа узлов и седел) различ­ного типа на (концентрационной) диаграмме поверхностного разделения [73]

Е 2* К + C+k ~ N~k — C~k) = (-1)"-1 + 1 (63)

K=i

Где Nj; Н N% — число /г-компонентных узлов;

С£ to Съ —число /е-компонентных седел с индексами -f-1 и —1 (изменение знака индекса означает переход к противоположному направлению на линии поверхностного разделения).

Формула (63) позволяет классифицировать диаграммы по­верхностного разделения. Поскольку расположение линий поверхностного разделения однозначно связано с расположе­нием линий постоянного поверхностного натяжения, фор­мула (63) также дает основу для классификации диаграмм по­верхностного натяжения. Число возможных типов диаграмм быстро увеличивается с числом компонентов. Так, по аналогии С_ диаграммами, дистилляционных линий [74] можно заклю­чить, что уже для трехкомпонентных систем возможны 38 ти­пов диаграмм.

Среди других разработанных разделов термодинамики про­цессов поверхностного разделения — теория многостадийных процессов (таких, как пенное фракционирование) [75] и теория поверхностного разделения при наличии равновесных хими­ческих реакций [76].