Основные понятия. Равновесие в урановой технологии

Процессами массопередачи называют процессы, основанные на переходе вещества из одной фазы в другую. Массопередача, или диффузия вещества, обусловлена стремлением системы к физико-химическому равновесию и определяется равновесным распределением концентрации вещества в фазах, рабочими условиями процесса и скоростью приближения системы к равновесию.

Анализ явлений массопередачи позволяет определить эффективность ряда процессов урановой технологии (растворение, экстракция, ионный обмен и т. д.). Теоретический анализ процессов массопередачи следует проводить с учетом гидродинамической обстановки их осуществления, так как только при этом можно определить оптимальные условия проведения процессов.

Ход диффузионных процессов обусловлен наличием в системе двух фаз, состав каждой из которых определяется концентрацией распределяемого между ними вещества.

Примером взаимодействия твердой и жидкой фаз являются процессы выщелачивания, ионного обмена и кристаллизации. В результате соприкосновения двух жидкостей происходит процесс экстракции; на контакте жидкости и газа (пара) основаны процессы абсорбции; на взаимодействии твердой фазы и газа (пара) основаны процессы сушки и адсорбции.

При равновесии в диффузионных процессах в первую очередь рассматривают вопрос о сосуществовании фаз, определяемый законом фазового равновесия, или правилом фаз: минимальное количество факторов, которые можно изменить независимо друг от друга без нарушения равновесия данной системы С (число степеней свободы), равно сумме составных частей системы, достаточных для образования всех фаз системы К (число компонентов), и числу внешних факторов, влияющих на положение равновесия в системе, минус число фаз Ф:

В уравнении (5.1) с учетом влияния температуры и давления число внешних факторов, влияющих на положение равновесия в системе, принято равным двум.

В диффузионных процессах система чаще всего состоит из двух и более компонентов. Это означает, что положение системы и ее равновесие зависят не только от температуры и давления, но и от количественного состава фаз.

Однако правило фаз не говорит о количественном распределении компонентов между фазами. Эта сторона вопроса объясняется частными законами равновесия и в общем виде выражается эмпирическим уравнением, связывающим равновесные концентрации распределяемого вещества в фазах:

Количественная оценка равновесия дается в экстракции законом равновесного распределения, в адсорбции — изотермой адсорбции, в процессах абсорбции — законом Генри, при растворении, сушке, кристаллизации — величиной насыщения при равновесии.

Условия равновесия позволяют определить направление процесса в зависимости от того, в какой из фаз концентрация распределяемого вещества превышает равновесную. Зависимость между составами фаз можно выразить графически на диаграмме у—х в виде кривых равновесия, каждая точка которых соответствует равновесным составам фаз данной системы (рис. 5.1).