Дифференциальды--контактылы экстракторлар

Дәріс 7 МАССА АЛМАСУ НЕГІЗДЕРІСұйық-сұйық жүйедегі экстракция үрдістері. Экстракция деп - экстагенттің көмегімен ерітінді немесе қатты денелерден бір немесе бірнеше компонентті бөліп алу процесін айтады. Экстрагентпен әрекеттескенде бөлініп алатын компоненттер жақсы ерітіледі және осы қосылыстың қалған компоненттеріне аз мөлшерде немесе мүлдем әсер етпейді, яғни ерімейді. Химиялық технологияда эстракция қатты денелерден гөрі сұйық экстрагентпен жиі жасалынады. Ал қатты заттардан экстракция тек фармацевтикалық , тамақ және ағаш өнеркәсібінде қолданады. Көбінесе химиялық технологияда сумен немесе қышқыл мен сілтінің сулы ерітіндісімен сұйытылған қатты кеуекті заттардан жасалған экстракцияны қолданады. Қатты және сұйық фазадағы масса алмасу үрдісі әртүрлі. Сондықтан сұйық - сұйық жүйе мен сұйық - қатты жүйедегі экстракциялар бөлек қарастырылуы керек. Жалпы мәлімет Сұйық - сұйық жүйедегі экстракция процесі химия,мүнайлы химия, мұнай өндіру өнеркәсіптерде кең қолданады. Олар таза күйде әртүрлі органикалық және мұнайлы химиялық синтездің өнімдерін, көп кездесетін жэне сирек кездесетін элементтерді бөліп алуда және ағынды суларды тазартуда тиімді. Сұйық -сүйық жүйедегі экстракция араларында экстрагирленетін заттар таралған шекті еритін және екі ерімей-тін сұйық фазаның қатысуымен өтетін масса алмасу үрдісі болып табылды. Процестің жылдамдығын жоғарылыту үшін экстрагент пен бастапқы ерітінді арасында тығыз байланыс болуы керек. Фазалардың әрекеттесуі нәтижесінде экстракт - экстрагентте бөлініп алынған заттың ерітіндісі мен рафинат – экстрагирленетін комоненттер толығымен алынған қалдық бастапқы ерітінді алынады. Алынған сұйық фазалар (экстракт пен рафинат) бір-бірінен тұндыру кейде центрифугалау арқылы немесе басқа да механикалық әдістермен бөлініп алынады. Содан кейін экстрактордан керекті өнімді бөліп алуды жүргізеді және рафинаттан экстрагентті регинерациялайды. Сәйкес компоненттерді экстрактордан ректификация немесе реэкстракция жолы арқылы бөледі, мысалы оны сулы ерітіндіге ауыстыру. Рафинатпен кеткен немесе ерітілген кезде экстрагент жоғалмас үшін оны ректификациямен бөледі немесе басқа еріткішпен экстракциялап жэне оны келесі сатыларда пайдалану үшін қайтарады. Үздіксіз экстрактордың принципиалды схемасы ХІІІ-1,а суретте келтірілген. ХІІІ-1,б суретте металл тұздарының экстракциясы көрсетілген. Экстракция әдістері Бейорганикалық заттардың экстракциясында эдетте бір экстрагентпен сулы фазадан бір немесе бірнеше заттарды бөліп алады. Органикалық заттардың қоспасын экстракциямен бөлуде қолданылатын экстрагенттің санынан тәуелді: 1) бір экстрагентті экстракция, жүйе кем дегенде үш компоненттен тұрады (бастапқы ерітіндінің екі бөлінетін компоненті және экстрагент). 2) екі экстрагентті экстракция (фракциялық экстракция), жүйе кем дегенде төрт компоненттен тұрады (бастапқы ерітіндінің екі компоненті және екі араласпайтын экстрагент). Бір экстрагентпен экстракция көп таралған. Мысал ретінде сатылы экстракцияны қарастыруға болады, оны жүзеге асыру әдістері төменде келтірілген. Бір сатылы экстракция. Бүл ең қарапайым әдіс, яғни бастапқы ерітінде Ғ және S экстрагент араластырғышта араласады.(ХІІІ-8 сурет), сосын ол екі қабатқа бөлінеді: экстракт Е жэне рафинат К. Бөліну көбінесе тұндырғыш сепараторда өтеді. Жеткілікті уақытта байланысты экстрагент пен бастапқы ерітінді әрекеттесуінен тепе-теңдікке жақын құрамды экстракт пен рафинат алынуы мүмкін. Экстракциялық аппараттардың құрылғысы Сұйық фазалар арасындағы байланысу түрінен тәуелді экстракторлар басқа масса алмасу аппараттары сияқты мынадай болады: сатылы, мұнда фазалар қүрамының өзгеруі аппарат құралған сатыдан келесі сатыға ауысқан уақытта секірмелі түрде жүреді дифференциалды - контактылы, фазалар құрамының өзгеруі үздіксізге жақындайды. Әдетте экстракторда фазалардың эрекеттесу беті неғұрлым көп болуы үшін, осыған сай масса ауысу жылдамдығын жоғарылату үшін сүйықтықтың біреуі (дисперсті фаза) басқа сұйықтыққа (жазықтық фаза) тамшы ретінде таралады. Ток көзіне байланысты бір фазаның мен екіншісімен араласуы және дисперленуі үшін жоғарыда аталған экстракторлар түрін ішкі энергиясы арқылы дисперленетін аппараттарға бөледі. Центрден тепкіш күшімен істейтін экстракция белгілі амплитуда мен тербеліс жиілігімен механикалық араластырғыш арқылы энергия беріледі. Әрбір араласу процесінен кейін экстракцияда фаза бөлінуі (сепарация) болады. Сепарация жүзеге асырыдатын күшке байланысты экстракторлар: 1) ауырлық күші арқылы фазалардың бөлінуі – фазалардың меншікті салмақтарының әртүрлілігі әсерінен (гравитациялық экстракторлар) және 2) фазаның центрден тепкіш күші арқылы бөлінуі (центрден тепкіш күшпен жұмыс істейтін экстракция) болып бөлінеді. Процесті үйымдастыру принципі бойынша барлық экстракторлар периодты жэне үздіксіз әрекет ететін деп екіге бөлінеді. Қазіргі кезде периодты әреке ететін экстракторды өндірістен гөрі лабораторияда көп қолданады. Көрсетілген классификация бір типті аппараттың барлық құрылымын көрсетпейді. Бұл ерекшекліктердің ең маңыздылары төмендегідей әр түрлі экстракторларда көрінеді. Сатылы экстракторлар. Араластыргышты-тұндыргыш экстракторлар. Бүл экстракторлар ескі экстракционды аппараттарға жатады. Бұл экстрактордың әрбір сатысы араластырғыштан түрады, онда тұндырғыш тепе-теңцікке жақын уақытқа дейін сүйық араласады да экстрактан рафинатты бөліп алады. Тура бағытта бірінен соң бірі орналасқан сатыларда фазалардың жүруі қарама- қарсы бағытта жүмыс істейді. Аппараттың сатылары горизонталь орналасады немесе каскад түрінде орналастырады.(ХІІІ-17 сурет) Араластырғышты-түндырғыш экстрактордың жұмыс істеу принципі ХІІІ-17 суретте екі сатылы қарапайым түрі көрсетілген. Сонымен аппараттың алатын көлемін азайту үшін компакты жәшікті экстракторды қолданады. Жәшікті экстракторда (ХІІІ-18) барлық сатылар тік ағынды корпуста орналасқан. Ауыр фаза араластырғышқа корпустың жоғарғы оң бү-рышына түседі де төменгі сол жағынан шығады. Суретте көрініп тұрғандай жеңіл фаза ауыр фазаға қарама -қарсы бағытта жүреді. Ауыр фаза (А-А бойынша ағын) тұндырғыштың төменгі бөлігінен гидравликалық затвор арқлы келесі араластырғышқа барады, ал жеңіл фаза аппараттың табалдырығынан өтіп тұндығыштың жоғарғы жағынан шығарылады.

Дифференциальды--контактылы экстракторлар

Гравитациялық экстракторлар (сыртқы энергия келтірілмейтін)

Шашыратқыш колонналар.Шашыратқыш колонналар ішінде тек ауыр мен жеңіл фаза кіретін қондырғы жартылай колонна болып табылады. ХІІІ-19 суретте шашыратқыш экстрактор көрсетілген.

Шашыратқыш экстракторлар жоғары өндіргішімен жэне массаберісінің қайтымды араласуының төменгі интенсивтілігімен ерекшеленеді. ВЕП-тің үлкендігі бірнеше метрге жетеді. Бүл оның өндірісте шектеулі болуының негзі болып табылады.

Сөрелі колонналы экстракторлар. Сөрелі экстракторлар құрылғысы әртүрлі табақшалы-бөгендері бар колонналарды құрайды. Бөгендер кезектесіп келетін дискілі және сақиналы (ХІІІ-20 сурет) немесе барометрлі конденсаторларда (XIII-20, а суреті) сегментті кесінділері бар жазық табақшалар немесе ХІІІ-20,б көрсетілгендей қималары бар дискі. формасында болады. Көршілес сөрелер қашытығы 50-150 мм. Тамшылар коалесцирленіп жазық фазамен шайылатын бөгеннен жұқа қабық түрінде өтеді. Сөрелі колонналарда масса алмасудың қарқындылығы                                       шашыратқыш                           колонналарға қарағанда          жоғары.  

Қондырмалы және илеуішті колонналы экстракторлар.

Бұл экстракторлар негізі бойынша абсорцияда және басқа да масса алмасу үрдістерінде қолданылатын әдеттегі қондырмалы және илеуішті колонналардан ерекшелінбейді.

Қондырмалы экстракторларда қондырма тіреуіш торларада 2-10 колонна диаметрінің биіктігі бойынша қабаттар болып орналасады. Қондырмалар бұлай орналастырылғанда сұйық олардың арасындағы кеңістікте қосымша араластырылады. Фазалардың бірі таратқыш құрылғының көмегімен дисперленеді және колоннада қарсы ағынмен жазық фазаға жылжиды. Қондырмадан өткеннен кейін тамшылар бірнеше рет коалесцирленеді және қайта бөлшектеледі. Олардың соңғы коалесценциясы және диспергерленетін фазаның қабаты колоннаның тұндыру зонасында өтеді.        

Қондырма ретінде көбінесе керамикалық қондырма (Рашиг сақинасы) қолданылады. Қондырмалы экстракторлардың жұмысының гидродинамикалық жағдайы үшін қондырма материалының сұйықпен ылғалдануы басты болып келеді. Фазалардың беттесуі беті диспергерленетін фаза тамшыларының бетімен анықталуы үшін жазық                      фаза дисперлеуші фазаға қарағанда қондырманы жақсы                              ылғалдандыруы керек. Олай болмаса тамшылар жабынға                    қосылады да фазалардың беттесу беті қондырманың                                  геометриялық бетімен шектеледі.     

 

Илеуішті экстракторда диспергирленетін фаза XIII-21 суретте көрсетілгендей илеуішті табақшалардың саңылаулары арқылы өтіп тамшыларға және ағындарға ыдырайды, одан кейін олар табақ арасындағы кеңістікке таралады. Жазық фазамен әрекеттескеннен кейін тамшылар коалесцирленеді және әрбір жоғары орналасқан табақ үстінде жеңіл фаза қабатын түзеді. Егер ауыр фаза диспергирленетін болса, онда бұл сұйықтың қабаты табақшалар астында түзіледі.   

Барлық гравитациялық экстрактор-лар қозғалғыш бөліктің жоқ болуына негізделіп құрылысының қарапайым-дылығымен ерекшеленеді. Сәйкесінше бұл аппараттардың құны және эксплуатациямен байланысты шығын-дар үлкен емес. Бірақ гравитациялық экстракторларда масса алмасу қарқындылығы төмен. 

Сыртқы энергия келтірілетін экстракторлар.

Мұндай типті үздіксіз жұмыс жасайтын колонналы экстракторларды қазіргі кезде өндірісте көп қолданады. Бұл топтағы аппараттарға механикалық араластырғышы бар роторлы дискілі экстракторлар (ХІІІ-22) жатады

Роторлы-дискілі экстракторлар. ХІІІ-22 суреттегі экстракторда корпустың ішінде бір-бірінен арақашықтығы бірдей сақиналы қалқа орнатылған. Колонна өсінің бойында вертикалды түрде білік немесе ротор жэне оған горизонтальді сызықтармен диск орнатылған. Ал ол айналдырғыш арқылы айналады. Ротордың дисктері қалқаға симметриялы орналасқан, яғни қалқа арасындағы диск колонна секциясын құрайды. Сақина мен дисктер бойлай араластыруға кедергі жасайды. Колоннаның араластырғыш зонасына жоғарғы жэне төменгі түндырғыш зоналар жалғасады.

Фазаның біреуін (жеңіл фаза) бөлгіштің көмегімен дисперленеді де колонна секциясында ротордың дискілері арқылы көп рет редисперленеді. Фазаларды араластырғаннан кейін оның сақиналы қалқадан өткеннен кейін фазалардың тығыздығының эртүрлігіне байланысты жиігірек бөлінеді. Сол уақытта жеңіл фаза жоғарыға көтеріледі, ауыр фаза төмен түседі де келесі араластыру процесі жүруі үшін ротордың сэйкес дискілерімен алып қалынады.

Араластырғышы бар басқа құбырлы экстракторлар.Бұл типті аппараттар араластырғыш құрылығыларының болуымен ерекшеленеді. Құбырлы аппаратта (XIII-23, а сурет) араластырғыш дисклердің орынына ашық турбинді аралстырғыштар қолданылады, ал оның қабырғаларына араласуды жақсартатын қозғалыссыз тік кескінді бөгеттерді орналастырады. Араластырғыштар қозғалыссыз сақиналы бөлгіштермен шектелген.   

Құрылғысы басқа эксракторда (XIII-23,б суреті) әрбір секцияға сақиналы бөгетерден басқа қосымша көлденең дисклер түрінде бағыттаушы бөгеттер орналастырылады. Көлденең дисклер арасында тік торлы қалың қабатты сақиналы формалы бөгеттер қыстырылған. Мұндай сақиналы торлы бөгеттер көмегімен тамшылардың коалесценциясы жеңілденеді және фазалардың жақсы бөлінуі болады.

Мұндай құрылысты аппараттарды дифференциалды-контактылы типті экстракторларға жатқызуға болады. Жұмыс істеу принципі бойынша құбырлы араластырғыш-тұндырғыш экстракорларына жатқызуға болады.   

Үздіксіз әрекет ететін құбырлы механикалық экстракторларда бір фаза екіншісімен жақсы диспергирленеді және масса алмасу қарқындылығы жоғары. Бұл аппараттар аз өндірістік аудан алады және эксплуатациялауда сенімді. Олардың кемшіліктері: сатылар саны артқанда (6-8 көп) ротордың құрылысы күрделенеді және аппараттың биіктігі ұлғаяды.

Пульсациялы экстракторлар.Сұйыққа қосымша энергияны қайиымды-ілгермелі тербеліс (пульсация) жолымен енгізу екі әдіспен жүргізіледі: 

Аппарат ішінде қайтымды-ілгермелі қозғалыс берілетін кедір бұдыр табақшалардың немесе басқа құрылысты табақшалардың діріліның көмегімен;

Аппарттан тыс арнайы механизм (пульсатор) арқылы; ол пульсатор тудыратын тебеліс экстрактордағы сұйыққа гидравликалық беріледі (ХШ-24 суреті).

Пульсация диспергирленетін фазаның тамшыларға жақы бөлінуіне ықпал етеді және сәйкесінше фазалардың байланысу бетін артырады, қарқынды араластырады, сонымен бірге диспергирленетін фазаның колоннада болу уақытын арттырады. 

Пульсациямен эффективтілікті арттыру фазалардың байланысу бетін арттырумен жеткізіледі, бұл уақытта араласуға байланысты масса алмасу коэффициенті төмендейді. 

Пульсациялы экстракторлардың кемшілігі – бұл аппараттардың диаметрі шектеулі (әдетте 600-800 мм). Диаметр артқанда гидродинамикалық сипаттау қиындығы артады (аппарат ағыны бойынша жылдамдыңтың біртексіз таралуы), сонымен бірге аппараттағы үлкен көлемді сұйықпен пульсацияны тудыру үшін энергия шығыны артады.

Корпус ішінде діріл беретін экстракторлар дірілді экстракторлар деп аталады. Бұл аппараттарда мақсатты өнімді бөлуде өнімділік жоғары болады.

Центрден тепкіш экстракторлары

Центрден тепкіш күшті қолдану араластыруды ғана жақсартпайды, сонымен бірге экстракция кезінде фазалардың бөлінуін жақсартады.

Центрден тепкіш күш экстракторының жұмыс істеу принципі ХІІІ-25 суретте көрсетілген.

Қарсы ағынды центрден тепкіш күш экстракторларынан басқа центрден тепкіш экстрактор-сеператорлар қолданылады, оларда сұйықтардың бір ретті және көп ретті тура ағынды араласуы және эмульсиялардың бөлінуі өтеді. Бұл типті аппараттар күшті центрифугалар мен табақты сепараторлардың бірі болып табылады. Оларда сұйықтардың байланысу және фазалардың сепарациялануы барабан ішінде бөлек өтеді.

Центрден тепкіш күш экстракторларының артықшылықтары көп. Бұл аппараттар жинақы және масса алмасудың жоғары қарқындылығында өнімділігі жоғары. Оларда тығыздықтары аз айрықшаланатын сұйықтарды эффективті өңдеуге болады. Сонымен бірге, бұл экстракторлар аз ұстау қабілеттілігімен және сұйықтың аппаратта аз уақыт болуымен ерекшеленеді. Центрден тепкіш күш экстракторларының бұл ерекшелігі жеңіл ыдырайтын заттарды экстракциялауда қолданылады, мысалы, қыздыруға, сонымен қатар қалыпты температурада ерітіндіде ұзақ боуына да сезімтал антибиотиктер. Бұл аппараттар химиялық реакция жүретін экстаркцияларда жарамсыз.

Центрден тепкіш күш экстракторларының өнімділігі ротор енімен, ал алынтын сатылар саны оның диаметрімен анықталады. Өндірістік центрден тепкіш күш экстракторларында ротордың айналым саны 1200-5000 мин-1, бұл ротордың (барабанның) өлшемін шектейді, оның диаметрі 1.2—1.5 м аспайды.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1694; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!