Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Екстракція - процес вилучення одного або декількох компонентів з розчинів або твердих тіл за допомогою виборчих розчинників (екстрагентів). При взаємодії з екстрагентом в ньому добре розчиняються тільки видобувні компоненти і значно слабкіше або практично зовсім не розчиняються інші компоненти вихідної суміші. У хімічній технології екстракція з розчинів екстрагентами більш поширена, ніж екстракція з твердих тіл.
Використовують для виділення в чистому вигляді органічного синтезу. Застосовується для очищення стічних вод від шкідливих домішок.
Екстракція в системі рідина-рідина є масообмінних процес, що протікає за участю 2-х взаємно нерозчинних або органічно розчинних один в одному рідин.
Екстрагентів називається розчин витягнутих речовин в екстрагенті. Залишок розчину називається Рафінат. Рафінат витягується в відстійниках. З рафината витягується екстрагерт.
2. Рідинна екстракція
Процес екстракції зазвичай економічно вигідніше ректифікації, оскільки при екстракції не потрібно випаровувати всю рідку суміш.
Зазвичай рідинну екстракцію з поєднують з ректифікацією, яку застосовують для регеніраціі екстрагента. Екстракт - розчин витягнутих речовин в екстрагенті, рафінат - залишковий вихідний розчин.
На рис. 1 представлена схема без регенезаціі. Найчастіше використовуються схеми з регенезаціей екстрагента.
Мал. 1 Схема проведення екстракційних процесів
Рівноваги в системі рідина - рідина
Для трикомпонентної системи рідина - розподіляється речовина-рідина можна змінювати концентрацію однієї з фаз без порушення рівноваги. В процесі рідинної екстракції зазвичай Т не змінюється, Р на рівновагу системи не впливає.
Закон розподілу: ставлення рівноважних концентрацій розподіляється між двома рідкими фазами речовини при Т = const є величина постійна.
де у * і х - рівноважні концентрації розподіляється речовини відповідно в екстракті і рафінаті, m - коефіцієнт розподілу.
За формулою (1) лінія рівноваги повинна бути прямою, що виходить з початку координат. Однак це справедливо для випадку повної взаємної нерастворимости беруть участь в процесі фаз, що досить рідко зустрічається в реальних умовах. Зазвичай m залежить від концентрації розподіляється речовини Т = const, якщо ж змінюється Т, то величина m може змінюватися ще сильніше.
Лінії рівноваги на діаграмі у-х при постійній темпіратупе називають изотермами екстракції (рис. 2). Якщо відомі ізотерми для різних Т, то стає можливим вибрати найбільш прийнятне Т.
Рис.2. Типові ізотерми екстракції.
Трикутні діаграми. Відзначимо, що часто фази, які беруть участь в процесі екстракції, частково розчиняються одна в одній. Тоді екстракт крім екстрагента і розчиненої речовини містить деяку кількість розчинника з вихідного розчину, а рафінат крім початкового розчину і деякої кількості розчиненої речовини - певна кількість екстрагента. Обидва розчину складаються з трьох компонентів.
А, В, С - чисті компоненти. У точці А - чистий Фх, в точці В - чистий М, в точці С - чистий Фу. Точка М характеризується величинами. Точки на площі трикутника відповідають складам трикомпонентних розчинів.
Мал. 3 Трикутна діаграма
Рівноважну концентрацію для трикомпонентних сумішей ж-ж можна уявити на трикутної діаграмі.
Мал. 4 Рівноважна крива в трикутної діаграмі.
А - 100% - розчинник у вихідному розчині,
В - 100% - розчинена речовина,
С - 100% - екстрагент
Лінії АВ, ВС, СА - характеризують склад двокомпонентних розчинів. Нехай А і В, В і С, необмежено розчинні один в одному, а А і С - обмежено розчинні. Нехай склад А і С характеризуються точками G1 і G2. Якщо до них додати В, отримаємо трикомпонентний розшаровується розчин відповідний точкам D1 і D2. Ця хорда відповідає розчинів, що знаходяться в рівновазі один з одним. Точка К - критична точка, відповідає однофаз розчину.
Взаємна розчинність з підвищенням температури підвищується, тому область існування гетерогенних систем зменшується. При високих температурах може взагалі зникнути (точка Ткр на рис. 5).
Мал. 5 Вплив Т на рівноважну криву.
Основною властивістю екстрагента є селективність, яка характеризує його здатність переважно витягувати один з двох, трьох і більше компонентів розчину. Селективність екстрагування по відношенню до розподіляються компоненту характеризується коефіцієнтом селективності (коефіцієнт поділу)
Як видно, чим більше тим більше. Якщо = 1, то селективність дорівнює 0. У реальних умовах більше 2.
Позначені через у - екстракт, х - рафінат.
- коефіцієнт розподілу для компонента В.
3. Матеріальний баланс процесу рідинної екстракції
Одноразова (одноступенева) екстракція.
Розглянемо одноступенчатую (одноразову) екстракцію. Цей найпростіший метод полягає в тому, що вихідний розчин F і екстрагент S перемішується в змішувачі, після чого розділяється на два шари: екстракт E і рафінат R.
Мал. 6 Схема одноступінчастої екстракції.
Фази, які беруть участь в рідинної екстракції, мають часткової взаємної розчинність. Тоді система як мінімум є трикомпонентної. Для трикомпонентної суміші використовується трикутна діаграма. Рівняння (4) можна переписати (при поділі N кг вихідної суміші).
F + S = N = R + E (5)
Мал. 7 До висновку рівняння матеріального балансу.
Вираз (5) дозволяє уявити матеріальний баланс на трикутної діаграмі як процес змішування потоків F + S = N і потім поділу цієї потрійний суміші складу N на потоки R + E. За правилом важеля можна записати
Точки при заданій F знаходимо необхідне значення S для процесу. Співвідношення потоків Е і R знаходять за формулою
Матеріальний баланс компонентів А і В у потоках екстракту Е і рафината R з урахуванням (2) має вигляд:
Так як сума концентрацій всіх трьох компонентів А, В, С дорівнює 100%, то матбаланс по компоненту С не потрібен. З огляду на, що N = E + R отримаємо: розчин екстракція багатоступенева ізотерма
Розділивши одне на інше отримаємо:
Рівняння (10) є рівнянням прямої лінії. За рівнянням (4) і (10) можна визначити склад будь-якого потоку, якщо відомі кількості і складу трьох інших потоків.
Відповідно до загальним рівнянням масопередачі кількість проходить з однієї фази в іншу речовини М можна записати:
Тут - коефіцієнти массоотдачи для дисперсної фази і суцільний фази.
Оскільки поверхнею контакту фаз при екстракції є краплі, то массоперенос здійснюється через сферичну поверхню. Очевидно, що гідродинамічні умови всередині краплі і в суцільний фазі різні. Тому массоперенос в межах кожної з фаз не може бути описаний ідентичним рівнянням.
4. Багатоступінчаста екстракція з перехресним струмом розчинника
Вихідний розчин і відповідні рафінати обробляють порцією свіжого екстрагента S1 і S2 і т. Д. На кожному ступені екстракції, що складається з змішувача і відстійника, причому рафінати направляють послідовно в наступні ступені, а екстракти Е1 і Е2 і т. Д. Після кожного ступеня виходять з колони.
Мал. 8 Схема багаторазової екстракції з протитечійним струмом розчинника
За цим способом можна повністю витягти з вихідного розчину розподіляється компонент і отримати чистий рафінат. Однак, неминучі втрати розчинника, що міститься у вихідному розчині, так як в кожному ступені відбувається часткове видалення розчинника екстрактом.
5. Багаторазова екстракція з протитечійним рухом
Цей спосіб проведення екстрагування характеризується багаторазовим контактуванням ступені 1, 2 і т. Д. При протівоточном русі потоків рафината R і екстракту Е за умови подачі вихідного розчину F і та екстагента S з протилежних кінців.
Мал. 9 Схема багаторазової екстракції з протилежним рухом розчинника
Безперервна протівоточная екстракція. Такий спосіб екстрагування здійснюють в апаратах колонного типу (наприклад, насадок). Більш важкий розчин надходить зверху, в нижню частину колони надходить легка фаза.
Розміщено на Allbest.ru