Студопедия — Теоретичні основи екстрагування
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теоретичні основи екстрагування






Екстракція лат. extractio — вилучення

Екстрагування – процес розділення суміші рідких або твердих речовин за допомогою селективних розчинників (екстрагентів). Процес екстракції включає три послідовні стадії: змішування вихідної суміші речовин з екстрагентом, механічне розділення (розшарування) двох фаз, що утворюються, видалення екстрагенту з обох фаз та його регенерацію з метою повторного використання. Після механічного розділення одержують розчин речовини, що вилучається, в екстрагенті (екстракт) і залишок вихідного розчину (рафінад) або твердої речовини. Виділення екстрагованої речовини з екстракту і одночасна регенерація екстрагенту відбувається за допомогою методів дистиляції, випаровування, кристалізації, висолювання тощо. Перевагами екстракції є низькі робочі температури, рентабельність вилучення речовин з розведених розчинів, можливість розділення сумішей, що складаються з речовин, що мають близьку температури кипіння, і азеотропних сумішей, можливість сполучати інші технологічні процеси (ректифікацію, кристалізацію), простота апаратури, доступність її автоматизації. Недолік – іноді виникає трудність повного видалення екстрагенту з речовини, що екстрагується

Екстракція підпорядковується законам дифузії і рівноважного розподілу. При екстракції із рідини після змішування вихідного розчину з екстрагентом і розмежування суміші, що утворилась, концентрація у екстрагуємої речовини (В) у фазі контакту більше його концентрації х у фазі рафінату. При взаємної нерозчинності екстрагенту (С) і розчинника (Л) вихідного розчину залежність у від х для рівноважної системи (для якої у позначається як у р) має вид на діаграмі у — х (рис. 1, а). У випадку розведеного розчину і знаходження речовини В у екстракті в неасоційованому або недисоційованому станах відношення у — х є прямою, в іншому випадку K p функція концентрації, і лінія рівноваги криволінійна. K p завжди залежить від температури, практично не залежить від тиску і визначається експериментально.

Внаслідок короткого часу змішування екстрагенту і вихідного розчину робоча концентрація у завжди менша за рівноважну у р. Ступінь наближення у до у р характеризує ефективність екстракції, а різниця y p —y є її рухаючою силою.

В наслідок однократної екстракції можливо відносно невелика ступінь вилучення речовини В з вихідного розчину, тому використовують повторення актів змішування і наступного розшарування фаз, що взаємодіють при їх зустрічному русі (рис. 1, б). Якщо у вихідному розчині концентрація речовини В зменшується від x 1 до x 2, то його концентрація у фазі екстракту підвищується від 0 до y 1. З рівняння матеріального балансу екстракції:

Dy1=W (x1- x2) = М (а)

(де D і W — відповідно витрата чистого екстрагенту і чистого розчинника) можна визначити витрату екстрагенту:

рівняння (а) описує пряму (см. рис. 1, а), що проходить через точки з координатами (x 1, 0) и (x 1, y 1). У виразах, що наведені, x 1 і y 1 концентрації відносно чистого розчинника А и чистого екстрагенту С. За інших рівних умов витрата екстрагенту зростає зі зменшенням концентрації (x2) речовини В у рафінаді і зменшенні його концентрації y 1 у екстракті.

Кинетика екстракції описується загальним рівнянням масообміну M = K Δ cF τ, де М — масо передача екстрагованої речовини, К — коефіцієнт масопередачі, Δ с — середня різниця концентрацій екстрагуємої речовини в обох фазах, F — величина міжфазної поверхні, τ — час.

Величина Δ с однозначно визначається заданими концентраціями х, у та у р, тому для досягнення великих значень М питаються збільшити К шляхом турбулізації потоків фаз, що взаємодіють, і F — шляхом диспергування одної з фаз (екстрагенту або вихідного розчину) на маленькі крапельки. Точне значення К не може бути розраховано, тому ефективність процесу екстракції виражають як при ректифікації або абсорбції числом ступеней рівноваги (ідеальних тарілок). Графічне визначення числа ступеней рівноваги показано на рис. 1, а. У випадку часткового розчинення розчинника А і екстрагенту С рівновага системи показується в площині рівностороннього трикутника (рис. 1, в). Кожній точці всередині трикутника відповідає тройная суміш, в якій концентрації компонентів А, В, С вимірюються довжиною перпендикулярів, що опущені на проти лежачі сторони. Під кривою EG (бінодальною кривою) розташована область гетерогенних сумішей, а над кривою — гомогенних розчинів. Процеси екстракції, оскільки в них чергуються акти змішування і розшаровування фаз, перебігають тільки в гетерогенній області. Змішав вихідний розчин з деякою кількість екстрагенту одержимо тройну гетерогенну суміш Р, яка розшаровується на екстракт Q і рафінат R з концентрацією екстрагуємої речовини В. Якщо змішати знову рафінад з новою порцією екстрагенту, одержимо нову гетерогенну суміш P1, яка розшарується на екстракт Q 1 і рафінат R 1 з більш низькою концентрацією Q 1. Положення прямих QR і Q 1 R 1, називається конодами, визначається для кожної системи експериментальним шляхом. Число конод, що побудували, (їх можу бути велика кількість) дорівнює числу ступеней рівноваги. Для підвищення концентрацій речовини В у екстракті і більшого його вилучення з рафінаду в багатьох випадках застосовують екстракцію зі зворотною флегмою Суть процесу зводиться до часткового відділення екстрагента від екстракта і вихідного розчинника від рафінаду і оберного поверненню частин цих фракцій в апарат назустріч потокам, що уходять.

Для екстракційного розділення двох компонентів (B 1 і B 2), особливо з близькою розчинністю у вихідному розчиннику, часто використовують два екстрагента з різною селективністю. Вихідний розчин поступає в середню частину екстрактора, один з екстрагентів – у верхню, а інший – в нижню. В наслідок компонент B 1 переходит у фазу одного екстрагента, компонент B 2 в фазу другого (рис. 2).

Найбільш ефективна неперервна екстракція, що здійснюється в багатоступеневих апаратах (екстракторах) при протитоці вихідного розчину і екстрагенту. В цьому випадку задана ступінь екстракції досягається при найменшому розході екстрагента. Багатоступеневі екстрактори (см. рис. 3, а, б, в) зазвичай являє собою вертикальні колони, що розділені поперечними перфорованими тарілками, обертающимися дисками, мішалками тощо на ступені (секції). В кожній ступені відбувається перемішування взаємодіючих фаз і їх розшаровування, тобто вихідний розчин і екстрагент багаторазово перемішуються і розшаровуються. Розповсюдження мають ситчаті екстрактори з механічним перемішуванні. В ситчатих (рис. 3, а) ступені розмежені перфорованими горизонтальними тарілками і сообщаються між собою переливними трубками. Одна з рідин, що контактує, проходить через отвори тарілок диспергується внаслідок чого створюється велика поверхня контакту з зустрічною рідиною. Екстрактори з механічним перемішування поділяються на роторно-дискові (рис. 3, б) і з змішувальними та відстойними насад очними секціями, що чергуються (рис. 3, в). В роторно-дискових екстракторах диски обертаються і перемішують і диспергують рідини після чого вони розшаровуються. В екстракторах з сумішними і насад очними секціями лопатні або тербінні мішалки розміщені на загальному вертикальному валу послідовно зі шарами нерухомими насадками (кольца Рашига, спіралі, пакети сіток). Рідини, що перемішались, розшаровуються. Застосовуються також екстрактори з неперервним контактом фаз, що взаємодіють, (Применяются также экстракторы с непрерывным контактом взаимодействующих фаз (распылительные, насадочные), не поділені на окремі ступені, їх ефективність визначається декількома ступенями. Распылительные екстрактори (рис. 3, г) містять сопла, інжектори тощо для диспергування рідин, що взаємодіють. Мають невисоку ефективність. Більш ефективні, но менш производительние насадочные экстракторы (рис. 3, д), заповнені кольцами Рашига, кольцами Паля и др. Часто використовуються ящичні екстрактори, які розділені вертикальними перегородками на ступені, кожна з яких складається з змішуваної і відстійної камер (рис. 4). Розташовані в змішуваної камери тернинні мішалки перемішують рідини і одночасно транспортують з ступені на ступінь.

Екстракція з твердих речовин рис. 1, а. В цьому випадку в залежності від конструкції екстрагент проходить або через шар нерухомої твердої фази, або перемішується з нею, або рухається протитоці до твердої фази. Застосовується безперервний прототочний екстрактор (рис. 5), де тверда фаза переміщується перфорованими шнеками вздовж U -образного циліндричного корпусу назустріч екстрагенту. Екстракт відводиться через проціджувач.

Э. широко применяется в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, фармацевтической, пищевой и др. отраслях промышленности, например для извлечения ароматических углеводородов из нефтепродуктов, масляных фракций из сернистых нефтей, фенола из сточных вод, антибиотиков из культуральных жидкостей, металлов (в т. ч. редких) или их соединений из руд, многих природных органических соединений из растительного сырья (сахара из свёклы и тростника, масла из соевых бобов и масличных семян, таннина из древесной коры, фармацевтических препаратов из корней и листьев растений и т. п.).

 

Рис. 1: а — діаграма рівноваги для систем, в яких екстрагент і розчинник вихідного розчину взаємно нерозчинні; б — схема однократної екстракції при зустрічному русі вихідного розчину і екстрагенту; в — діаграм рівноваги для систем, в яких екстрагент і розчинник вихідного розчину частково розчинні.

Рис. 2. Схема установки безперервної дії для екстракції двома розчинниками: 1 - колонна; II - установка для регенерації екстрагента SB2, III- установка для регенерації екстрагента SB1, IV- дооткові змішувачі (у випадку роботи з флегмою); 1,2,3,..., n-1, n-номера ступеней: L – вихідний розчин; N - сирий екстракт; Rn – сирий рафінат; B1, B2 – компоненти, що екстрагуються.

Рис. 3. Схемы экстракционных колонн: а — колонна с ситчатыми тарелками; б — роторно-дисковый экстрактор; в — колонна с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями; г — распылительная колонна; д — насадочная колонна; 1 — колонна; 2, 6 — распылители; 3 — ситчатая тарелка; 4 — переливные трубки; 5, 12 — насадки; 7, 10 — валы; 8 — плоский ротор; 9 — кольцевые перегородки; 11 — мешалки;

Рис. 4. Ящичный экстрактор: 1 — камера смешения; 2 — жалюзийная перегородка; 3 — отстойная камера; 4 — граница раздела фаз; 5, 6 — регулирующие трубки; 7 — рециркуляционная трубка; 8 — всасывающий коллектор; 9 — турбинная мешалка.

Рис. 5. Непрерывный противоточный экстрактор: 1 — корпус; 2 — перфорированные шнеки; 3 — ввод твердой фазы; 4 — отвод твердой фазы; 5 — ввод экстрагента; 6 — отвод экстрагента; 7 — процеживатель.

 







Дата добавления: 2015-10-01; просмотров: 1906. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Разработка товарной и ценовой стратегии фирмы на российском рынке хлебопродуктов В начале 1994 г. английская фирма МОНО совместно с бельгийской ПЮРАТОС приняла решение о начале совместного проекта на российском рынке. Эти фирмы ведут деятельность в сопредельных сферах производства хлебопродуктов. МОНО – крупнейший в Великобритании...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ПЛОСКОЙ ФИГУРЫ Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести...

СПИД: морально-этические проблемы Среди тысяч заболеваний совершенно особое, даже исключительное, место занимает ВИЧ-инфекция...

Травматическая окклюзия и ее клинические признаки При пародонтите и парадонтозе резистентность тканей пародонта падает...

Подкожное введение сывороток по методу Безредки. С целью предупреждения развития анафилактического шока и других аллергических реак­ций при введении иммунных сывороток используют метод Безредки для определения реакции больного на введение сыворотки...

Принципы и методы управления в таможенных органах Под принципами управления понимаются идеи, правила, основные положения и нормы поведения, которыми руководствуются общие, частные и организационно-технологические принципы...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия