Изображение процесса экстракции на 3-х угольной диаграмме
Пусть вершина А соответствует исходному растворителю, В – распределяемому веществу, С – экстрагенту. Обозначим точкой S на стороне АВ состав исходной смеси (40% В, 60% А). В процессе экстракции исходная смесь смешивается с экстрагентом С. Процесс смешения изображается прямой SC, причём состав тройной смеси изображается точкой М и её положение определяется по правилу рычага из пропорции (GA + GB)/ GC = CM / SM; GA, GB, GC – количества компонентов А, В, С в смеси.
В результате смешения получается смесь состава ХА, ХВ, ХС (см. верхний правый рисунок). Полученная смесь расслаивается на экстракт (раствор обогащённый В) и рафинат (обеднённый В). Конода RE характеризует равновесные составы 2-х фаз. Состав экстракта ХВ(Е), состав рафината ХВ(R); коэффициент распределения К = ХВ(Е)/ХВ(R). Если содержание компонента В в исходной смеси будет изменяться, увеличиваться, то равновесные составы экстракта и рафината (E, R, E2, R2) , будут лежать на концах других конод. Причём отрезки (длины конод) всё уменьшаются, пока не превратятся в точку Q, в которой рафинат и экстракт не расслаиваются. Таким образом, бинодальная кривая ограничивает рабочую область диаграммы для процессов экстракции.
Методы экстрагирования
1) Смесительно-отстойная экстракция. Исходный раствор и экстрагент смешивается в аппарате и затем отстаивается в отстойнике.
2) Экстракция в колонне – путём непрерывного контакта исходной смеси и экстрагента, противоточно перемещающихся одна относительно другой в одном экстракционном аппарате.
|
|
|
М - аппарат с перемешивающим устройством; О – отстойник, Е – сборник экстракта; R – сборник рафината. Исходная смесь (А + В) и экстракт С перемешиваются до установления состояния равновесия, затем разделяются в отстойнике, в котором образуются 2 слоя: слой , насыщенный экстрагированным компонентом В (называется сырым экстрактом) и слой отработанного исходного раствора (сырой рафинат).
Одноступенчатая периодическая экстракция
Изобразим периодическую одноступенчатую экстракцию на диаграмме:
 |
Состав исходной смеси изобразизится точкой S. Составу смеси после добавления экстрагента С соответствует точка М на прямой CS. Положение точки М зависит от количества экстрагента. При перемешивании и отстаивании образуются 2 жидкие равновесные фазы, составы которых представлены точками R и E. Положение точки М и G R и G E определяются по правилу рычага:
Обозначим GS – количество исходного раствора (2-х компонентного); GC – количество экстрагента. Тогда SM/MC = GC/GS; отсюда количество экстрагента GC = GS*SM/MC . Зная положение хорды равновесия, проходящей через точку М, можно определить количество рафината: GE/GR = RM/ME; (GE + GR)/GR = (ME +RM)/ME; так как GE + GR = GM, то GM/GR = RE/ME и GR = GM*ME/RE. Тогда количество экстракта G E = GM – GR = GM – GM*ME/RE = GM*(RE – ME)/RE = = GM*RM/RE = GE. Для определения состава рафината через точки C и R проводят прямую до пересечения с АВ. Получают точку RK. Для определения состава экстракта проведём линию через СЕ. Е К – состав экстракта. Точки RK и EK соответствуют бинарным смесям, не содержащим экстрагента. По диаграмме можно определить max и min расход экстрагента. При уменьшении количества экстрагента точка М перемещается влево и в пределе совмещается с бинодальной кривой, точкой М1. Отсюда GCmin = =GS*SM1/M1C. Аналогично для точки М2 GCmax = GS*M2S/M2C; практический расход экстрагента выбирают промежуточным между GCmin и GCmax.
|
|
|
Многоступенчатая прямоточная экстракция
Она применяется для лучшего выделения целевого компонента, при этом происходит многократная промывка исходного раствора растворителем. Если при этом каждый раз используется порция свежего растворителя, то экстракция называется прямоточной. Она состоит из повторяющихся несколько раз одноступенчатых операций.
|
|
|
Технологическая схема:
C1 C2 C3 Cn
 |  |  |  |
S R1 R2 …… Rn-1 Rn
E1 E2 E3 En
С1, С2, …Сn – растворители (экстрагент);
S – исходный раствор;
Е1, Е2, … Еn – экстракт; R1, R2, … Rn – рафинат;
1, 2, … n – аппараты, где идёт перемешивание и расслоение жидкостей.
Составы и количества отдельных продуктов будем определять исходя из предположения, что каждое смешение достаточно продолжительно и между фазами устанавливается равновесие. Воспользуемся треугольной диаграммой.
Исходный раствор (т. S) и первая порция растворителя С1 дают смесь состава М1. Конода, проходящая через эту точку, определяет составы рафината R1 и экстракта Е1. Положение точки М1 можно определить по правилу рычага:
GC1*CМ1 = GS*SM1;
|
|
|
количество рафината в первой ступени R1 определяется из уравнения
GR1*R1M1 = GE1*M1E1;
GR1/GE1 = M1E1/R1M1;
GR1/(GE1 + GR1) = ME1/(R1M1 + M1E1);
| | |
СR1 = GM1*ME1/R1E1
т.к. GR1 + GE1 = GM1 = GS + GC1, то GR1 = (GS + GC1)*E1M1/R1E1. Аналогично:
|
| | |
.
Операция смешения и отстаивания на второй ступени представляется точкой М2, лежащей на R1C. Положение точки М2 зависит от количества растворителя С 2, поданного на вторую ступень. Составы рафината R2 и экстракта Е2 лежат на коноде, проходящей через точку М2. Аналогично первой ступени могут быть определены
|
|
и CE2 = (GR1 + GC2)*R2M2/R2E2 . .
Положение точки М3, … Мn рассчитывается аналогичным образом с учётом суммарного количества смеси, подающейся на ступень.
Для осуществления процессов экстрагирования используются (виды экстракторов):
1. Смесительно-отстойные экстракторы. Наиболее распространены смесители типа аппаратов с мешалкой, инжекторные, диафрагменные, центробежные насосы.
2. Колонные экстракторы: а) распылительные экстракторы; б) насадочные экстракторы; в) экстракторы с ситчатыми тарелками; г) колонные экстракторы с механическим перемешиванием фаз (роторно-дисковый экстрактор); д) пульсационные экстракторы; е) центробежные экстракторы.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 370; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!