Анотація до роботи:

Сеньків В.М. Екстрагування з твердих тіл в умовах періодичного вакуумування системи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – “Процеси та обладнання хімічних виробництв”, Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2007.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесів екстрагування в умовах періодичного кипіння розчинника під вакуумом. Визначено основні параметри, що впливають на кінетику вилучення цільового компонента в умовах постійного та періодичного вакуумування системи. На основі експериментальних досліджень визначено оптимальні умови проведення екстрагування з періодичним кипінням розчинника. Обґрунтовано механізм інтенсифікації утворенням в капілярі конвективного потоку розчинника, який є наслідком процесів росту, виходу та схлопування парових бульбашок. Показано, що в умовах періодичного вакуумування для різних об’єктів швидкість екстрагування та глибина зони конвективного переносу зростають у 3-5 разів порівнянно з умовами механічного перемішування та постійного вакуумування. Вперше отримано критеріальні залежності, які дають можливість визначити коефіцієнти масовіддачі для процесу екстрагування. Вперше запропоновано технологію утилізації гальваношламів методом екстрагування при періодичному кипінні розчинника. Вперше запропоновано принципову схему масобмінного апарату для екстрагування в умовах періодичного вакуумування та алгоритм його розрахунку.

1. Аналіз літературних джерел щодо інтенсифікації екстрагування з твердої фази дозволив констатувати, що генерування парової фази у системі призводить до руйнування пограничного дифузійного шару на поверхні твердої частинки та сприяє виникненню умов нестаціонарності масообміну з високими кінетичними коефіцієнтами.

2. Встановлено, що ефективність процесу екстрагування визначається як утворенням бульбашок всередині капілярів і їх впливом на гідродинамічну обстановку, так і їх схлопуванням, що створює умови конвективного масопереносу. Досліджено процес пароутворення всередині капілярів, визначено частоту відриву бульбашок з поверхні капіляру та її залежність від температури, а також швидкість схлопування після припинення вакуумування. Встановлено, що швидкість руху рідини підчас схлопування парової бульбашки значно вища за швидкість руху рідини підчас виходу парової бульбашки.

3. Експериментально досліджено та проведено порівняльний аналіз процесу екстрагування з одиночних капілярів в умовах механічного перемішування, постійного та періодичного кипіння рідини під вакуумом. Встановлено, що в умовах періодичного кипіння під вакуумом глибина зони конвективної дифузії збільшується приблизно в два рази у порівнянні з екстрагуванням в умовах постійного вакуумування і приблизно в шість разів у порівнянні з умовами механічного перемішування. Визначено оптимальне співвідношенняміж часом вакуумування і часом перемішування після схлопування, що складає відповідно 30 і 300 с.

4. Складено математичну модель екстрагування з врахуванням конвективної та молекулярної дифузії компонента у порах твердого тіла. На основі моделі визначено ефективні коефіцієнти дифузії, що враховують конвективний та молекулярний перенос речовини.

5. Методом аналізу розмірностей одержано критеріальні залежності Sh= f(Re^*) для умов постійного та періодичного кипіння під вакуумом та експериментально розкрито значення цієї функції.

6. Експериментально досліджено кінетику екстрагування з капілярно-пористої частинки, структура якої характеризується наявністю пор різного діаметру. Розраховано середньостатистичні значення кінетичних коефіцієнтів та коефіцієнтів вимивання, а також встановлено, що швидкість екстрагування в умовах періодичного вакуумування зростає у 5.33 порівнянно з умовами механічного перемішування.

7. Вперше досліджено вплив умов періодичного кипіння під вакуумом на процес екстрагування важких металів розчинами кислот з відходів гальванічних виробництв. Показано, що завдяки хвильовим процесам, що виникають в апараті підчас періодичного закипання розчину, час вилученняня цільового компонента скорочується в 2-3 рази у порівнянні з умовами механічного перемішування.

8. Запропоновано масообмінний апарат для екстрагування в умовах періодичного кипіння під вакуумом, алгоритм його розрахунку та методику оцінки економічної ефективності методу періодичного вакуумування, що враховує зменшення витрат на подрібнення сировини перед екстрагуванням та зменшення витрат, пов'язаних з додатковим підігрівом рідини в апараті.

Основний зміст дисертації опубліковано в роботах:

1. Гумницкий Я.М., Сенькив В.Н. Экстрагирование твердого вещества из линейных капилляров при периодическом кипении под вакуумом // Теоретические основы химической технологии. – 2006. - т. 40, №3. - С.1-6.

2. Гумницкий Я.М., Сенькив В.Н. Исследование влияния гидродинамических условий на экстрагирование вещества из линейных капилляров // Вопросы химии и химической технологии.-, 2006.-, №3.- С. 157-161.

3. Я.М.Гумницький, В.М. Сеньків, М.Ф. Юрим Тверда фаза. Інтенсифікація екстрагування в умовах вакуумування системи // Хімічна промисловість України. – 2005. - №1.- С 28-30.

4. Я.М.Гумницький, Сеньків В.М., Юрим М.Ф. Оцінка гідродинамічних процесів у капілярах при вакуумуванні // Хімія, технологія речовин та їх застосування: Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”.- 2004.-, № 516.- Львів. – С.122-124.

5. Гумницький Я.М., Сеньків В.М., Юрим М.Ф. Інтенсифікація екстрагування з капілярів при періодичному вакуумуванні системи // Хімія, технологія речовин та їх застосування: Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”.- 2005.-, №529.- С 177-179.

6. Гумницький Я.М., Сеньків В.М. Вплив умов періодичного вакуумування системи на екстрагування з твердої фази // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. – (Одеса, 2006).- Вип. 28.- Т.2.- С. 284-285.

7. Патент України, МПК6 ВО1D11/00. Спосіб екстрагування з твердого тіла / Гумницький Я.М., Юрим М.Ф., Сеньків В.М. - № 20041008630; заявл. 22.10.2004; Опубл. 16.05.2005, Бюл. “Промислова власність” № 5.

8. Патент України, МПК6 ВО1J8/18. Масообмінний апарат для системи тверда фаза-рідина / Гумницький Я.М., Юрим М.Ф., Сеньків В.М. - № 200500657; заявл. 25.01.2005; Опубл. 15.11.2005, Бюл. “Промислова власність” № 11.

9. I.M. Gumnitsky, G.A. Statyukha, V. Senkiv Influence of periodical boiling on extraction from solid phase // 17^th International Congress of Chemical and Process Engineering, Praha (Czech Republic).- 2006.- Summaries 2 (Separation Processes).- P. 448

10. Я.М. Гумницький, В.М. Сеньків Утилізація твердих відходів методом екстрагування при періодичному вакуумуванні системи // Десята наукова конференція “Львівські хімічні читання- 2005”.- Львів.- 2005.- Д9

11. Гумницький Я.М., Сеньків В.М. Утилізація шламів гальванічних виробництв методом екстрагування при періодичному вакуумуванні системи // XIV (щорічна) Міжнародна науково-технічна конференція “Екологія і здоров’я людини. Охорона водного повітряного басейнів. Утилізація відходів”.- Алушта.- 2006.- С.115-116.

12. Гумницький Я.М., Сеньків В.М. Оцінка впливу гідродинаміки пароутворення на інтенсифікацію екстрагування з твердої фази // III Українська науково-технічна конференція з технології неорганічних речовин “Сучасні проблеми технології неорганічних речовин”.- Дніпропетровськ.-2006.-С.125.

Особистий внесок здобувача в наукові роботи:

Експериментально досліджено кінетику екстрагування з капілярів та порівняно результати дослідів в умовах постійного та періодичного вакуумування системи, а також механічного перемішування [1,2,3,5,6]. Визначено кінетичні коефіцієнти процесу та оптимальні умови проведення процесу екстрагування з періодичним кипінням рідини [1,3]. Досліджено кінетику екстрагування з твердої фази в умовах вакуумування системи. Визначено коефіцієнти дифузії, встановлено ступінь інтенсифікації [1,2]. Проведено аналіз процесів пароутворення в умовах вакуумування та показано їх залежність від температури та способу розміщення капіляра [4]. Змонтовано експериментальну установку, розроблено методику дослідів. Досліджено кінетику екстрагування розчиних солей із лінійних капілярів [6-12].