книги из ГПНТБ / Современное развитие метода выделения твердой фазы фотографической эмульсии сборник статей

Н. Г. УШОМИРСКИЙ, Ю. Б. ВИЛЕНСКИЙ, С. М. ЛЕВИ

РАСЧЕТ МНОГОСТУПЕННОЙ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОМЫВКИ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ЭМУЛЬСИЙ

В большинстве способов перехода от физического созревания к химическому для изменения состава среды используется водная промывка. Изобретенный свыше 100 лет тому назад промывной способ изготовления фо­ тографических эмульсий получил широкое распростра­ нение и сделал возможным массовое производство раз­ личных по структуре, назначению и свойствам светочув­ ствительных материалов. Однако этому способу свойст­ венны существенные недостатки, которые решающим об­ разом отрицательно влияют не только на воспроизводи­ мость процесса, качественные показатели эмульсии и свойства готовых светочувствительных слоев и материа­ лов, но и на технико-экономические показатели всего процесса производства светочувствительных материалов. Несовершенство этого способа привело к резкому сокра­ щению его применения.

С разработкой и внедрением в производство метода осаждения твердой фазы фотографических эмульсий появилась возможность усовершенствования операции промывки, проведения непрерывного процесса промыв­ ки и одновременного концентрирования твердой фазы, а также расчета этих процессов с достаточной степенью точности.

Так, непрерывная промывка и концентрирование твердой фазы фотографических эмульсий, осажденных химическими осадителями, может осуществляться в гид­ роциклонах [1—4]. Если при однократном прохождении через гидроциклон нужная степень промывки не дости­ гается, возникает необходимость повторения процесса. Поэтому представляет интерес рассмотрение в общем

217

виде процесса многократной (многоступенной) гидро­ циклонной промывки. Его принципиальная схема пока­

qK— объемный расход концентрата на выходе из ниж­ него отверстия гидроциклона, л/мин;

<7q— объемный расход деионизированной воды или раст­ вора добавок при подготовке эмульсии к химичес­ кому созреванию, л/мин,

qx-—объемный расход эмульсии, подготовленной к хи­

218

3) необходимой степенью разбавления промытой эмульсии Б при введении добавок перед химическим соз­ реванием:

11

Вкачестве второго уравнения целесообразно взять выражение баланса растворимых солей. При этом необ­ ходимо отметить, что с практически достаточной точно­ стью соотношение растворимых солей в процессе разде­ ления осадка не меняется. Поэтому вместо баланса раст­ воримых солей в целом можно воспользоваться балан­ сом растворимого галогенида.

Это является тем более целесообразным, что концент­ рация бромида является важным параметром технологи­ ческого процесса и легко контролируется по величине рВг. Баланс растворимого галогенида выразился уравне­ нием (5):

I

Тогда, учитывая уравнения (1, 2, 3), балансы жидкос­ ти и растворимого галогенида в каждой ступени, полу­ чаем основные уравнения, описывающие многоступен-

220

ную гидроциклонную промывку и концентрирование фо­ тографических эмульсий.

______ 1______

Эти уравнения характеризуют процесс в самом об­ щем виде. При рассмотрении возможностей применения гидроциклонной промывки и концентрирования для ре­ шения практических задач нужно учесть конкретные тре­ бования и задаться граничными условиями.

Мерой степени промывки фотографических эмульсий является изменение величины р,Вг. Для негативных и по­ зитивных эмульсий она составляет?»2,0, а для фотобумажных?» 1,0. Это отвечает снижению концентрации раст-

Г С 1

воримых'солей — соответственно в 100 и 10 раз.

В тех случаях, когда условия формирования твердой фазы требуют применения разбавленных растворов, а в готовой эмульсии необходимо обеспечить высокую кон­ центрацию галогенида серебра, возникает необходимость в концентрировании эмульсии. Степень концентрирования А может достигать 2—3-кратного значения. При расчете степени концентрирования необходимо учитывать объем добавок (или дистиллированной воды), вводимых в

эмульсию при подготовке ее к химическому созреванию, и содержание в них растворимого бромида, обеспечи­ вающее достижение заданной величины рВг.

Необходимо также учесть ограничения, возникающие при работе с гидроциклонами малых диаметров. Опыт­

221

ным путем найдено, что для гидроциклонов с диаметром менее 15 мм значение р не следует выбирать менее 0,08—- 0,06 мм, так как при этом диаметр нижнего отверстия ста­ новится сравним с размерами частиц осадка и возрастает унос твердой фазы в слив.

Рассмотрим одноступенный вариант процесса. В этом случае уравнения принимают вид:

(14)

А1,

т—а—1,

(17)

q = q э - а .

Из уравнений следует, что максимально возможная сте­ пень промывки определяется величиной р. Степень раз­ бавления исходной эмульсии а, расход промывной воды т и дистиллированной воды п определяются уравнения­ ми (15, 16, 17). Они показывают, что разбавление промы­ того концентрата дистиллированной водой позволяет рез­ ко снизить расход промывной воды.

Возможности одноступенного варианта при мини­ мальном значении р= 0,08 при А —1, 5 = 1 , Cg= 0 ограни­ чены степенью промывки, не превышающей Я=125. Если степень промывки Я снизить до 100, то при этом создает­ ся возможность концентрирования эмульсии до значения

центрирования (Л >1), а также применение растворов до­ бавок, содержащих бромиды (Б > 1), (Cg> 0) при задан­ ном р уменьшает степень промывки или требует снижения величины р. Поэтому практическое значение одноступенная промывка может иметь главным образом при изго­ товлении фотобумажных эмульсий. Более высокие степе­ ни промывки и концентрирования могут быть достигнуты применением двуступенного варианта. Так как макси­ мальная степень промывки достигается при минималь­ ных значениях р всех ступеней, примем Pi = p2. Тогда со­ ответствующие уравнения принимают вид:

222

Осуществление двуступенной промывки до меньших зна­ чений Я расширяет возможности варьирования процесса. В нашем случае при |3i = (32 = 0,08 получим максимально возможную степень промывки Я=156. Если степень про­ мывки снизить до Я=100, то при этом создается возмож­ ность концентрирования эмульсии до значения А = 1,56, а при Я = 10 она возрастает до А = 15,6. Это также позволя­ ет в более широких пределах использовать разбавление эмульсии растворами добавок и регулирование конечного значения рВг введением бромидов.

При заданных значениях П, А и |3 величины аь а2, Б и

^ остаются свободными параметрами процесса. Это зна-

'-'х

чит, что одни и те же конечные свойства готовой эмуль­ сии могут быть получены при сочетании разных значений свободных параметров. В этом случае выбор их опреде­ ляется требованиями экономии промывной воды, объ­ емом добавок и другими технологическими соображе­ ниями.

В таблице 1 приведены значения удельного расхода промывной и деионизированной воды для двух вариантов одноступенной промывки фотобумажной эмульсии.

Т а б л и ц а 1

223

В таблице 2 показаны результаты расчета трех при­ мерных вариантов двуступенной промывки фотобумажной эмульсии.

Т а б л и ц а 2

Они имеют ряд преимуществ перед одноступенной про­ мывкой. Главные из них: возможность применять гидро­ циклоны с параметром |3>0,1 и, следовательно, в более широких пределах концентрировать эмульсию по твердой фазе и стабилизировать по pAg.

Из таблицы 1 и 2 видно, что переход от одноступенной к двуступенной промывке позволяет сократить расход промывной воды т или при равных расходах воды повы­ сить концентрацию твердой фазы.

Для анализа возможных вариантов можно воспользо­ ваться общими уравнениями (14—23) или прибегнуть к

построению номограммы (рис. 2). Связь между си и —

выражается преобразованным уравнением (20):

собой прямую линию. В качестве примера построим номо­ грамму двуступенной промывки при следующих заданных параметрах:

Тогда уравнение примет вид:

Если вести процесс с применением раствора добавок, не содержащих бромида, то значение Б можно выбирать произвольно. Если в промытую эмульсию вводятся бро­

224

миды, величина Б перестает быть независимым парамет­ ром и определяется из уравнения (19). Для регулирова­ ния конечного значения удобно применять растворы с

Значения Б будут соответственно равны 1,3; 1,2; 1,1. Под-

о- г ©О

-10

- 5

-3

0,5- -2

ставляя поочередно полученные значения Б в уравнение

У прямых проставлены соответствующие значения Б. За­ даваясь величиной cci и Б, можно определить величину 0 2 , как это показано пунктиром на номограмме.

Важным соображением при выборе режима промывки является экономия промывной воды. При этом существен­

225

но не только достижение определенного экономического эффекта, но также рациональное использование водных ресурсов и уменьшение объема загрязненных стоков.

Как следует из уравнения (21), расход промывной во­ ды является линейной функцией си. В нашем примере оно принимает вид:

3

График этого уравнения для избранных значений Б представлен на номограмме семейством параллельных

О( 2

оо

•100

50

■25

20

Ю

5

Рис. 3. Номограмма для расчета двуступенной гидроциклон­ ной промывки до Я =100 при 5 ^ 1 ; (3 = 0,1; Л =1,0;

& > 0 .

СX

226