Материальный баланс экстракции

 

Примем следующие обозначения: исходная смесь состоит из рас-пределяющей фазы и распределяемого компонента , состав компонента в фазе – x; другая распределяющая фаза представляет – экстрагент , состав распределяемого компонента в экстрагенте – . Поскольку распределяемый компонент переходит из распределяющей фазы в , дифференциальное уравнение материального баланса имеет вид:

 

.

 

Интегрируя уравнение в пределах от начальных до текущих значений концентраций и , получим:

 

.

 

В случае частичной взаимной растворимости фаз и их расходы уже не будут постоянными по высоте аппарата и, следовательно, отношение будет переменной величиной. Поэтому рабочая линия процесса экстракции в системе координат при частичной растворимости фаз не будет прямой линией.

Уравнение материального баланса по общим потокам имеет вид

,

по распределяемому компоненту

,

где – рафинат, представляет собой исходную смесь после извлечения распределяемого компонента; – экстракт представляет собой экстрагент после поглощения распределяемого компонента.

 

Кинетические закономерности процесса экстракции

 

Кинетические закономерности процесса экстракции определяются основными законами массопередачи. При экстракции имеет место массообмен между двумя жидкими фазами, распределяемое вещество в этом процессе переходит из одной жидкости в другую. Для развития поверхности фазового контакта одну из жидкостей диспергируют в другой. Распределяемое вещество переходит из сплошной фазы к поверхности капли и затем внутрь ее или из капли через поверхность раздела фаз в ядро потока сплошной фазы.

Если диффузионное сопротивление процессу массопередаче сосредоточено внутри капли, то коэффициент массопередачи может быть принят равным коэффициенту массоотдачи дисперсной фазы . Коэффициент массоотдачи дисперсной фазы может быть рассчитан по уравнениям:

для капель малого и среднего диаметра ():

 

,

 

,

для :

,

 

где – критерий Рейнольдса; – динамические коэффициенты вязкости дисперсной и сплошной сред, соответственно.

Если диффузионное сопротивление внутри капли незначительно по сравнению с диффузионным сопротивлением в сплошной фазе ( 2 и 200), то процесс массообмена определяется только диффузионным сопротивлением сплошной фазы. В этом случае коэффициент массопередачи может быть принят равным коэффициенту массоотдачи сплошной фазы . Коэффициент массоотдачи может быть рассчитан по критериальному уравнению:

 

или

,

 

,

 

где – диаметр капли; – коэффициент диффузии распределяемого вещества в сплошной фазе; – относительная скорость движения капель в сплошной
фазе.

Если диффузионным сопротивлением сплошной и дисперсной фаз пренебречь нельзя, необходимо учитывать перенос распределяемого вещества в пределах сплошной среды и внутри капли. В этом случае рассчитываются коэффициенты массоотдачи в соответствующих фазах, а затем коэффициент массопередачи по уравнению аддитивности фазовых сопротивлений.