LOENG 16

VÄLJAVÕTMINE

16.1. VEDELIK-VEDELIK SÜSTEEMIS

16.1.1. ÜLDINE INFORMATSIOON

Ekstraheerimine vedelas süsteemis - vedelik on lahustunud aine või ainete ekstraheerimine vedelikust spetsiaalse muu vedeliku abil, mis esimeses ei lahustu või peaaegu ei lahustu, kuid lahustab ekstraheeritud komponendid.

Ekstraheerimise skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 16.1.1.

Antibiootikum" href="/text/category/antibiotik/" rel="bookmark">antibiootikumid, mis lagunevad kõrgel temperatuuril.

Paljudel juhtudel kasutatakse ekstraheerimist koos rektifikatsiooniga. Kuna soojuse tarbimine rektifikatsiooniks väheneb alglahuse kontsentratsiooni suurenedes, võimaldab lahuse eelkontsentreerimine ekstraheerimise teel vähendada soojuse kulu algsegu eraldamiseks.

16.1.2. TASAKAAL VEDELIK-VEDELIK SÜSTEEMIS

Jaotatud aine üleminek ühest vedelfaasist (alglahus) teise (ekstraktandi) toimub kuni tasakaalu saavutamiseni, st kuni faaside keemilised potentsiaalid ühtlustuvad. Protsess hõlmab kolme komponenti (K=3) ja kahte faasi (F=2). Faasireegli järgi süsteemi variatsioon F=3 . Kuid ekstraheerimisprotsessi ajal hoitakse temperatuur ja rõhk tavaliselt konstantsena. Siis on väljatõmbesüsteemi varieeruvus võrdne ühega.

Järelikult vastab jaotatud aine antud kontsentratsioon tasakaaluseisundis ühes faasis teatud kontsentratsioonile teises.

Ekstraheerimisprotsesside tasakaalu iseloomustab jaotuskoefitsient φ, mis on võrdne ekstraheeritava aine tasakaalukontsentratsioonide suhtega mõlemas vedelfaasis - ekstraktis ja rafinaadis.

Lihtsamates süsteemides piisab Berthelot-Nernsti seaduse järgi lahjendatud lahustest, konstantsel temperatuuril ei sõltu jaotuskoefitsient jaotatud aine kontsentratsioonist ja φ = ur/x, Kus ur, x- jaotatud aine tasakaalukontsentratsioonid ekstraktis ja rafinaadis. Sel juhul on tasakaalujoon sirge:

DIV_ADBLOCK7">

Jaotuskoefitsient määratakse tööstussüsteemides reeglina eksperimentaalselt.

Kui pidada mõlemat vedelat faasi üksteises lahustumatuks, on iga faas kahekomponentne lahus. Sel juhul saab ekstraheerimisprotsessi analoogselt teiste massiülekande protsessidega kujutada koordinaatidena y- x.

Kui vedelfaasid on osaliselt vastastikku lahustuvad, on igaüks neist ekstraheerimisel kolmekomponendiline lahus. Kolmekomponentsete segude koostised on esitatud kolmnurkses koordinaatsüsteemis (joonis 16.1.2).

DIV_ADBLOCK8">

Jaotatava aine eemaldamisel M segust N ja saadud kompositsioonidele vastavad punktid asuvad sirgel RM, ja mida lahjendatum on lahus, seda lähemal on kolmnurga külg L.E..

Materjali bilanss" href="/text/category/balans_materialmznij/" rel="bookmark">materjali bilanss

R+E=N,

Kus: R, E, N- vastavalt rafinaadi, ekstrakti, algsegu mass, kg.

Vastavalt finantsvõimenduse reeglitele on meil

https://pandia.ru/text/78/416/images/image007_81.jpg" width="243" height="244 src=">

Riis. 16.1.4. Tasakaalujoon kolmnurga diagrammil

Homogeensete kahekomponentsete lahuste koostised M Ja L Ja M Ja E mida iseloomustavad punktid diagrammi külgedel L.M. Ja SÖÖMA. Lahustid L Ja E moodustavad homogeenseid lahuseid ainult väikestel aladel LR Ja EE. Lahustisegu kohapeal RE eraldub kaheks homogeenseks kahekomponendiliseks küllastunud lahuseks R(küllastunud lahus E V L) Ja E(küllastunud lahus L V E). Veelgi enam, küllastunud lahuste kogus mõlemas kahes kihis määratakse punkti asukoha järgi N ja leitakse kangireegli järgi [(vt võrrand (16.1.2)].

Aine lisamisel M kompositsioonisegusse N moodustub kolmekomponentne koostise segu, mida iseloomustab punkt N1 lamades sirgjoonel N.M.. Koostise segu https://pandia.ru/text/78/416/images/image009_88.gif" width="92" height="23 src=">. Jaotatud aine edasise lisamisega segule M2 , M3 , ...saame kolmekomponentseid kompositsioonide segusid N2 , N3 ..., mis samuti eralduvad faasideks tasakaalukoostistega R2 ja E2, R3 ja E3 jne Samal ajal muutuvad ka tasakaaluvooluhulkade massisuhted kuni hetkeni, mil üks faasidest kaob vaadeldaval juhul koostisega N4. Pärast seda jaotatava aine lisamisel M moodustuvad kompositsiooni homogeensed kolmekomponendilised lahused N5 jne Kui ühendate R 1 ja E1, R2 ja E2... sirgjooni kasutades saame tasakaalu akordid R1 E1,R2 E2,..., mis vastavad tasakaalukompositsioonidele. Tasakaalu akordid koonduvad ühes punktis TO, nimetatakse kriitiliseks. Tasakaalu kõõlu kalde määrab komponentide iseloom ja faaside koostis. Tasakaalukompositsioone iseloomustavate punktide ühendamine R, R1 R2 , ... ja E, E1 E2, ..., sujuv kõver, saame tasakaalukõvera (binodal kõver). Filiaal RK tasakaalukõver iseloomustab lahustifaasi tasakaalukoostisi L, ja haru EÜ- lahustifaasi tasakaalukompositsioonid E.

Binodaalne kõver kolmnurkses diagrammis piiritleb piirkonnad, mis vastavad kahefaasilistele segudele (allpool binodalkõverat) ja ühefaasilistele lahustele (väljaspool binodaalset kõverat).

Joonisel fig. 16.1.4 tasakaaludiagramm koostatakse konstantse temperatuuri jaoks ja seda nimetatakse isotermiks.

Praktikas peame tegelema komponentidega, millel on teatud kontsentratsioonivahemikes osaline lahustuvus. Vastavalt komponentide käitumisele on kolmnurkdiagrammidel kaks ja kolm piiratud lahustuvusega tsooni.

Temperatuur mõjutab ka süsteemi tasakaalu. Komponentide vastastikune lahustuvus reeglina suureneb temperatuuri tõustes, seetõttu väheneb heterogeensete süsteemide olemasolu. Temperatuuri tõustes on binodaalne kõver joonisel fig. 16.1.4 läheneb teljele L.E., samas kui joonealune ala RKE väheneb.

16.1.3. MASSI ÜLEKANDMINE EKSTRAKTSIOONI AJAL

Ekstraheerimisprotsessi kineetilised seadused on määratud massiülekande põhiseadustega.

Faasi kontaktpinna suurendamiseks hajutatakse üks faasidest tilkade kujul teises pidevas faasis. Faasikontakti pindala määrab dispergeeritud faasi jäämine ekstraktoris ja tilkade keskmine pinnamahu läbimõõt. Jaotatud aine difundeerub pidevast faasist tilkade pinnale ja seejärel tilka või, vastupidi, tilgast faasiliidese kaudu pidevasse faasi.

Massi ülekanne tilkades toimub molekulaarse ja konvektiivse difusiooni teel. Konvektsioon tilkade sees toimub vedeliku ringluse tõttu. Piiskade kuju ja suurus muutuvad ekstraheerimise käigus dispersiooni ja ühinemise tõttu mitu korda. Sel juhul uuendatakse liidese kontakti pinda.

Ekstraheerimisprotsesside massiülekande kirjeldamiseks kasutatakse Ficki teist seadust.

Üldjuhul, kui difusioonitakistust pidevas ja hajutatud faasis ei saa tähelepanuta jätta, määratakse massiülekande koefitsient avaldiste abil

https://pandia.ru/text/78/416/images/image005_121.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="17" height="24 src=">. gif" width="55" height="24">. Seejärel kirjutatakse massiülekande põhivõrrand ümber järgmiselt:

Kui peamine difusioonitakistus on koondunud hajutatud faasi, st.gif" width="113" height="25 src=">.

Faaside massiülekandekoefitsiendid arvutatakse kriteeriumi võrrandite abil, mis saadakse katseandmete põhjal. Ekstraktori konstruktsioonide kirjeldamisel on allpool toodud kriteeriumi võrrandid.

Keskmine liikumapanev jõud arvutatakse, võttes arvesse skaala üleminekutegurit ja sisestades selle väärtuse arvutusvõrranditesse.

16.1.4. EKSTRAKTSIOONIPROTSESSIDE SKEEMID JA ARVUTUSED

Tööstuses kasutatakse perioodilist või pidevat ekstraheerimist vastavalt järgmistele skeemidele: üheastmeline, mitmeastmeline vastuvool ja mitmeastmeline ristvoolu ekstraktsiooniga.

Üheastmeline ekstraheerimine kasutatakse juhtudel, kui eraldustegur on kõrge. Seda saab läbi viia perioodiliselt ja pidevalt vastavalt joonisel fig. 16.1.5, a. Alglahus laaditakse segistisse F koguses L kg lahusti kontsentratsioon Hn ja ekstraktiiv E, mis segatakse segistiga ja eraldatakse seejärel kaheks kihiks: ekstrakt E ja rafineerida R.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image025_42.gif" width="97" height="24 src="> (16.1.5)

Seda uskudes y=φx ja väljatõmbemoodul m= E/ L, saame rafinaadi kontsentratsioonid

https://pandia.ru/text/78/416/images/image028_36.gif" width="77" height="48 src="> (16.1.7)

Samal ajal ekstraheerimise aste

https://pandia.ru/text/78/416/images/image030_37.gif" width="80" height="21">

Vaatleme üheastmelise ekstraheerimise protsessi kolmnurk- ja ristkülikukujulistel diagrammidel (joonis 16.1.5, b, c). Alglahuse segamisel ekstraktandiga moodustub kolmekomponentne segu, mille koostist iseloomustab punkt N, asub segamisliinil F.E.. Pärast selle segu kihistamist moodustub ekstrakt ja rafinaat, mille koostised määratakse punktide järgi. R Ja E, lamades punkti läbival tasakaalukõlal N. Ekstraheerimismoodul määratakse kangi reegliga: E/ F= FN/(ET)

Raffinaadi kogus R= https://pandia.ru/text/78/416/images/image032_34.gif" width="79" height="24">.

Rafinaadi koostise määrab punkt RK, ja väljavõte on punkt Ek kolmnurga küljel L.M..

Ekstraheerimismoodulite äärmuslikud väärtused määravad punktid N1 Ja N2 binodaalsel kõveral: Ja .

Kui alglahus ja ekstraheerija on diagrammil vastastikku lahustumatud juures-X ekstraheerimisprotsess on kujutatud sirgjoonega AB, punktist ehitamiseks hn tõmmake nurga all joon DIV_ADBLOCK13">

Ekstraktimoodul etteantud kontsentratsiooniga rafinaadi saamiseks hk

Mida suurem on ekstrahendi moodul, seda väiksem on kaldenurga puutuja ja ekstraheeritava komponendi kontsentratsioon rafinaadis ja ekstraktis : Ja . Ekstraktandi mooduli suurenedes aga selle regenereerimise kulud suurenevad. Optimaalsed ekstraheerimisteguri väärtused on 1,2< mφ <2.

Mitmeastmeline ekstraheerimine tehakse mitmeosalistes ekstraktorites või väljatõmbeseadmetes, kus iga seade kujutab endast iseseisvat seadet. Mitmeastmeline ekstraheerimine võib toimuda ekstrakti vastuvooluga, algse lahuse ja ekstrahendi ristvooluga või kombineeritud meetodil mitme ekstraktandi juuresolekul.

Vastuvoolu ekstraheerimist saab läbi viia erinevate skeemide järgi. Näiteks pihustus-, paki- ja plaadiekstraktorites muutub mõlema faasi koostis pidevalt piki aparaadi pikkust.Teistes ekstraktorites või paigaldistes muutub mõlema või ühe faasi koostis järsult liikudes sektsioonist sektsiooni.

Mitmesektsioonilistes vastuvoolupaigaldistes (joon. 16.1.6, a) esialgne lahendus F ja ekstraktiiv E tulevad paigalduse vastasotstest. Ekstrakt, mille ekstraheeritud komponendi kontsentratsioon on küllastumisele lähedane, interakteerub esimeses etapis alglahusega F kontsentratsioon hn. Pärast kolmekomponentse segu eraldamist esimeses etapis saadakse ekstrakt kontsentratsiooniga = yTo ja rafinaadi kontsentratsioon x1 . Rafinaadi koostis x1 teises etapis interakteerub koostise E3 ekstraktiga. Pärast eraldamist saadakse kompositsiooni rafinaat R2 ja koostise ekstrakt E2. Viimases n-ndas etapis kahanes rafinaat ekstraheeritud komponendis Rn-1 kontsentratsioon interakteerub värske ekstraktandiga E kontsentratsioon DIV_ADBLOCK14">

Kujutagem diagrammil mitmeastmelise vastuvoolu ekstraheerimise protsessi juures- X(joonis 16.1.6, b). Selleks loome protsessi tööjoone võrrandi.

Kirjutame kogu paigaldise materjalibilansi ekstraheeritud komponendi kohta, jättes tähelepanuta lahuse ja ekstrahendi vastastikuse lahustuvuse, kontsentratsioonides 1 kg ekstraktandi kohta:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image043_26.gif" width="169" height="24 src=">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image045_26.gif" width="151" height="41 src=">

mis on kalde puutujaga sirge võrrand

https://pandia.ru/text/78/416/images/image047_21.gif" width="57" height="24"> ja asja juurde.

Kineetilise joone asukoha määrab ekstraheerimiskoefitsient ja hüdrodünaamiline olukord aparaadis.

Kolmnurkdiagrammi protsess on näidatud joonisel fig. 16.1.6 V.

Väljatõmbepaigaldise esimeses osas viimase alglahenduse voolust F suhtleb eelmise teise etapi väljavõttega E2 kolmekomponendilise punktsegu moodustumisega N1 , mille eraldamise järel saadakse separaatoris ekstrakt E1 ja rafineerida Rl mittetasakaalulise koostise üldisel juhul.

Teises etapis rafineerida Rl suhtleb kolmanda etapi ekstraktiga E3, moodustades kolmekomponentse segu N2 , mis jaguneb R2 ja E2.

Ühendades joontega iga sektsiooni sisse- ja väljalaskeava juures kaks faasikompositsioonidele vastavat punkti FE1,RE2,R2 E3 jne ja neid jätkates saame ristumispunkti R.

Sarnased protsessid toimuvad ka ekstraktori ülejäänud osades. Selle tulemusena tühjeneb esialgne lahus ekstraheeritud komponendist ja lahkub viimasest nth kontsentratsiooni sektsioonid hk, ja ekstraheerija küllastatakse komponendiga lõppkontsentratsioonini uk.

Ekstraheerimist ristvoolu ekstraktandiga saab läbi viia järjest mitmes osas (joon. 16.1.7 ,A) või ühes osas perioodiliselt (joon. 16.1.7 ,b).

Kui protsess viiakse läbi pidevalt, esialgne lahendus F sisestatakse esimesse sektsiooni, kus seda töödeldakse ekstraktandiga E, pärast eraldamist saadakse rafinaat R1 ja ekstrakti . Rafineerige R1 viiakse teise sektsiooni, kus seda töödeldakse uuesti värske ekstraktandiga E. Väljavõtted E1 Ja E2 eemaldatakse paigaldusest ja rafinaadi koostis R2 siseneb järgmisse sektsiooni, kus protsessi korratakse uuesti. Selle tulemusena saadakse antud koostisega rafinaat Rn ja muutuva koostisega ekstrakt E1, E2,..., Ep.

DIV_ADBLOCK16">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image035_26.gif" width="16" height="15 src=">, mille puutuja määrab ekstraheerimismoodul.

Mitmeastmeline vastuvoolu ekstraheerimine on tõhusam protsess kui ristvoolu ekstraheerimine. Vastuvoolu väljatõmbega saavutatakse protsessi suurem keskmine liikumapanev jõud Tänu liikumapaneva jõu ühtlustumisele paigaldamise alguses ja lõpus toimub komponendi täielikum väljatõmbamine lahusest, samas kui väljatõmbemoodul väheneb võrreldes ristvooluga ekstraheerimisega, kuid sama puhastusastme saavutamiseks vajalik arv kontaktetappe.

16.1.5. EXTRAKTORI KONSTRUKTSIOONID JA ARVUTUSED

Massiülekande efektiivsus ekstraheerimisprotsessides on võrdeline massiülekande pinna pindala ja protsessi keskmise liikumapaneva jõuga. Massiülekande pinna suurendamiseks ekstraktorites dispergeeritakse üks vedel faas ja jaotatakse tilkade kujul teise. Massi ülekandeprotsess toimub dispersiooni- ja pidevfaasi vahel. Protsessi suurima liikumapaneva jõuga läbiviimiseks korraldatakse ekstraktorites voolude vastastikmõju ideaalsele nihkele lähenevatel tingimustel. See saavutatakse, kui protsess viiakse läbi õhukese kihina pakitud tsentrifugaalekstraktorites, ekstraktorite sektsioonide jagamise või mitmeastmeliste sektsiooniliste ekstraktsiooniseadmete abil.

Protsessi korraldamise põhimõtte kohaselt võivad ekstraktorid olla kas pidevad või perioodilised.

Sõltuvalt faasikontakti meetodist võib ekstraktorid jagada kolme rühma: astmeline või sektsioon, diferentsiaalkontakt ning segamine ja settimine.

Astmelised (sektsioonilised) ekstraktorid koosnevad eraldi sektsioonidest, milles kontsentratsiooni muutus faasides toimub järsult. Paljudel juhtudel läheneb iga sektsioon ideaalse segamisseadme kontsentratsiooniväljale. Mitmest sellisest sektsioonist koosnev ekstraktor läheneb kontsentratsioonivälja poolest ideaalsele nihkeseadmele.

Vajadus faaside eraldamise järele pärast iga ekstraheerimissektsiooni halvasti eraldatud emulsioonide korral võib kaasa tuua ekstraktori suuruse olulise suurenemise.

Diferentsiaalkontaktide ekstraktorid tagama pideva kontakti faaside vahel ja sujuva pideva kontsentratsiooni muutuse faasides. Selliste seadmete faaside pikisuunalise segunemise tõttu võib keskmine liikumapanev jõud ideaalsete nihkeseadmetega võrreldes oluliselt väheneda.

Vedelfaasi hajutamiseks on vaja energiat. Sõltuvalt kulutatud energia tüübist võivad ekstraktorid olla ilma või välise energiavarustusega. Välist energiat saab interakteeruvatesse faasidesse sisestada segamisseadmete, vibraatorite ja pulsaatorite abil, näiteksorites, tsentrifugaaljõuna tsentrifugaalekstraktorites, joa kineetilise energia sissepritse- ja ejektori ekstraktorites.

Segamis- ja settimistraktorid koosneb mitmest etapist, millest igaüks sisaldab segisti ja separaatorit. Segistis dispergeeritakse üks vedelatest faasidest välisenergia toite tõttu, moodustades dispergeeriva faasi, mis jaotub teises, pidevas faasis. Dispergeeritud faas võib olla kas kerge või raske faas.

Separaatoris, mis on settimispaak, ja kaasaegsetes seadmetes separaatoris, eraldatakse emulsioon rafinaadiks ja ekstraktiks. Lihtsaima segamis- ja settimisekstraktori skeem on näidatud joonisel fig. 16.1.9.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image055_12.jpg" width="197" height="253 src=">

Riis. 16.1.10. Plaadi ekstraktor:

1 – silindriline korpus; 2 – ülevooluseade; 3 – sõelaplaadid

Dispergeeritud faas (kerge või raske) läbib plaatidel olevaid auke ja purustatakse tilkadeks. Pidev faas liigub mööda plaati ülevoolust ülevooluni. Plaatidel olevad tilgad ühinevad ja moodustavad plaadi kohal (raske vedelik) või plaadi all (kerge vedelik) pideva vedelikukihi. Tugikiht jaotab ekstraktori kõrguselt ja toetab vedeliku hajutamist läbi plaatide aukude. Ekstraktori sektsioonimine vähendab faaside tagasisegamist ja suurendab protsessi keskmist liikumapanevat jõudu.

Dispergeeritud faasi kiirus plaadi aukudes määratakse jugarežiimi loomise tingimustest. Kriitiline kiirus, mis vastab üleminekule tilkumisrežiimist joarežiimile, sõltub aukude läbimõõdust:

vTolk=4,4/ d0 .

Ekstraktori töötamiseks stabiilsel joarežiimil suurendatakse kiirust kriitilisega võrreldes ligikaudu 20%.

Massiülekandekoefitsientide määramiseks hajutatud faasis võime soovitada avaldist

https://pandia.ru/text/78/416/images/image057_24.gif" width="116" height="25 src="> - difusiooni Nusselti arv (siin (βd - massiülekande koefitsient hajutatud faasis; duh- samaväärne tilga läbimõõt; Dd - difusioonikoefitsient hajutatud faasis); - Reynoldsi kriteerium tilgale (siin - languse suhteline kiirus pidevas faasis; vc - pideva faasi kinemaatiline viskoossus); - Prandtli difusioonikriteerium hajutatud faasi jaoks (siin v- dispergeeritud faasi kinemaatiline viskoossus).

Pöördkettaga väljatõmbeseade(joonis 16.1.11) viitab faaside mehaanilise segamisega ekstraktoritele. See on vertikaalne mitmesektsiooniline aparaat, mille silindrilisse korpusesse on paigaldatud piki telge ümarate horisontaalsete ketastega rootor. Kettad pöörlevad väljatõmbesektsiooni kesktasandil ja on eraldatud rõngakujuliste vaheseintega, mis takistab voolude pikisuunalist segunemist ja aitab suurendada protsessi liikumapanevat jõudu. Kui rootor pöörleb, tekitavad kettad pideva faasi aksiaalsed voolud, mis on suunatud rootori teljest ekstraktori seintele.

DIV_ADBLOCK20">

Rootori ketta läbimõõt Dp on 0,5...0,7 väljatõmbe läbimõõdust ja rõngakujuliste vaheseinte avade läbimõõt D =(0,6...0,8) Duh(Kus Duh- väljatõmbe läbimõõt), sektsiooni kõrgus H=(0,15...0,3) Duh.

Teiste konstruktsioonide puhul asuvad avatud turbiiniga segistid rootoril iga sektsiooni kesktasandil. Sektsioonid tehakse rõngaste vaheseinte abil. Sellistes ekstraktorites vahelduvad segamis- ja eraldustsoonid.

Rõngakujuliste vaheseinte asemel saab segamistsoonid eraldada täitekihiga, näiteks Raschigi rõngastega, milles kolmekomponentne segu eraldatakse kergeks ja raskeks vedelikuks. Joonisel fig. Joonisel 16.1.12 on kujutatud turbiinseguritega ekstraktorit ja Rachigi rõngastega täidetud setitusalasid.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image063_17.gif" width="157" height="27 src=">mis määrab kõrged massiülekandekoefitsiendid ja faasidevahelise kontakti pindala; reaktsioonimaht sektsioonideks, mis toob kaasa keskmise liikumapaneva jõu suurenemise väärtusteni, mis on lähedased ideaalse nihkeseadme väärtustele; võime reguleerida rootori kiirust, mis võimaldab muuta ekstraktori tootlikkust ja efektiivsust.

Pöörlevate ekstraktoride arvutamiseks ja modelleerimiseks on vaja teada tekkivate tilkade suurust, dispergeeritud faasi ekstraktoris püsimise kestust, massiülekande koefitsiente, ekstraktori maksimaalset koormust pideva ja hajutatud faasi jaoks, piki- ja faaside põiki segamine.

Kui difusioonitakistus on koondunud pidevasse faasi, saab massiülekande koefitsiendi määrata võrrandist

https://pandia.ru/text/78/416/images/image065_18.gif" width="116" height="25 src="> – Nusselti difusioonikriteerium; βс- massiülekandetegur pidevas faasis; https://pandia.ru/text/78/416/images/image067_19.gif" width="119" height="25 src="> (16.1.11)

kus: A = 6,58 ja 17,9 vastavalt statsionaarsete ja sisemise tsirkulatsiooniga tilkade korral, st βd on pöördvõrdeline tilga keskmise mahu läbimõõduga.

Sisemise vedelikuringlusega tilkadele

DIV_ADBLOCK22">

DIV_ADBLOCK23">

Väljatõmbeplaatides olevate aukude suurus on 3...5 mm, kõigi aukude pindala eeldatakse 20...25% kolonni ristlõike pindalast; plaatide vaheline kaugus on 50 mm.

Parem jaotumine ja hajutamine saavutatakse ristkülikukujuliste aukude ja juhtlabadega alustel.

Vibreerivates ekstraktorites esineb plaatploki vibratsioon kõrgematel sagedustel ja väiksematel amplituudidel kui vedeliku pulseerimine pulseerivates ekstraktorites. Ploki ploki vibratsiooni energiatarve on palju väiksem kui pulsatsiooniekstraktoritel kogu vedelikusamba liigutamiseks.

Pulsatsiooni- ja vibratsioonieemaldajate eeliseks on efektiivne massiülekanne, mis saavutatakse massiülekandekoefitsientide, protsessi keskmise tõukejõu ja arendatud faasikontaktpinna suurendamisega. VETS on sellistes ekstraktorites 5...6 korda madalam kui plaatsõelekstraktorites.

Suured erikoormused ületavad pöörlevate ketastõmbeseadmete lubatud koormusi.

Massiülekande kõrge efektiivsus võimaldas oluliselt vähendada kaevandusseadmete metallitarbimist, mis tõi kaasa kapitalikulude vähenemise.

Samal ajal vajavad pulsatsiooni- ja vibratsioonieemaldajad võimsamaid vundamente, mis taluvad märkimisväärseid dünaamilisi koormusi. Selliste väljatõmbeseadmete kasutuskulud on veidi kõrgemad kui tavaliste ketastõmmetega.

Tsentrifugaalekstraktorites (joonis 16.1.14) toimub ekstraheerimine vastuvoolus liikuvate faaside pideval kokkupuutel minimaalse interaktsiooniajaga.

Masina korpuses, mis koosneb kahest korpusest: ülemisest ja alumisest, on võll, mille külge on kinnitatud rootor. Võll on mõlemast otsast õõnes ja “toru torus” tüüpi ning keskosas tahke, kerge vedeliku äravoolu kanalitega. Võll koos rootoriga pöörleb sagedusega umbes 4500 pööret minutis.

Töödeldav lahus ja ekstraktant sisenevad ekstraktorisse õõnesvõlli vastasotstest, nagu on näidatud joonisel fig. 16.1.14. Kerget vedelikku tarnitakse ajami poolelt ja rasket vedelikku võlli vastasotsast. Võll on tihendatud kahekordsete mehaaniliste tihenditega. Tihendusvedelik on ekstraktoris töödeldav vedelik.

Rootori sees on kontsentriliste V-kujuliste rõngaste pakett. Rootoril on kanalid kergete ja raskete vedelike läbimiseks. Raske vedelik siseneb rootori pakendisse selle keskossa, kerge vedelik aga rootori perifeersesse ossa. Kui rootor pöörleb koos rõngaspaketiga, sööstab raske vedelik tsentrifugaaljõu mõjul rootori välisperimeetri suunas ja kerge vedelik liigub rootori võlli suunas. Seega puutuvad vedelikud kokku vastuvoolul. Tänu vedeliku korduvale tilkadeks hajumisele ja tilkade ühinemisele saavutatakse kõrge ekstraheerimise efektiivsus.

Pärast kolmekomponentse segu eraldamist juhitakse vedelikud rootoris olevate kanalite kaudu õõnesvõlli: raske vedelik juhitakse välja ajami poolelt ja kerge vedelik võlli teisest otsast, raske sisendküljelt. vedelik.

Rootori sees toimub faasiinversioon. Kui rootori perifeerses osas interakteerub kerge vedeliku dispergeeritud faas raske vedeliku pideva faasiga, siis rootori teljega külgneval alal puutub seevastu raske vedeliku dispergeeritud faas kokku kerge vedeliku pidev faas.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image071_6.jpg" width="335" height="224 src=">

Riis. 16.1.15. Pideva väljatõmbeseadme skeem :

1,2 - pumbad ; 3,4,5,6 - konteinerid ; 5 - ekstraktor

Ekstraktori jõudlus määratakse maksimaalse koormuse järgi, mis vastab ekstraktori "üleujutamisele". Üleujutuspunktis arvutatakse koormus seadme maksimaalse hoidevõime ja iseloomuliku tilkade kiiruse alusel, mis on võrdne tilkade keskmise settimiskiirusega statsionaarses pidevas faasis.

Kasutame Thornton-Pratti võrrandit

https://pandia.ru/text/78/416/images/image073_19.gif" width="115" height="37 src=">.gif" width="163" height="25 src="> ( 16.1.15)

ja leidke ekstraktori mahutavus

https://pandia.ru/text/78/416/images/image078_15.gif" width="41" height="24">. Iseloomulik kukkumise kiirus v0 määratakse igat tüüpi ekstraktori vastavate võrranditega.

Pideva faasi töökiiruseks võetakse 20...40% alla piirmäära:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image080_16.gif" width="143" height="25 src="> (16.1.18)

Kus: hKoosJah d on ülekandeüksuste kõrgus vastavalt pidevas ja hajutatud faasis; - ekstraheerimise tegur.

Väärtused hKoosJah d määratakse sõltuvalt massiülekandekoefitsientide väärtusest:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image083_12.gif" width="17" height="24 src="> ja h d - massiülekande koefitsiendid vastavalt pidevas ja hajutatud faasis, kmol/(m2*s*kmol/kmol); - eripind, m2/m3.

βc, βD ja väärtused arvutatakse kriteeriumi ja empiiriliste võrrandite abil, mis on saadud teatud tüüpi ekstraktorite jaoks. Näiteks sõelaalustega pakitud ja plaatekstraktorite puhul saab võrrandit kasutada massiülekandeteguri arvutamiseks hajutatud faasis

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" width="26 height=31" height="31"> langeb.

Pideva faasi massiülekandekoefitsiente saab ligikaudselt määrata võrrandiga

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" width="26" height="31 src=">.gif" width="16" height="17 src=">c - pideva faasi tihedus, kg/m3; µс - pideva faasi dünaamiline viskoossus, Pa s); Рrc=µs/s DC- Prandtli kriteerium pideva faasi jaoks (siin DC- difusioonikoefitsient pidevas faasis, m2/s).

Pöördkettaga ekstraktorite puhul määratakse massiülekandetegur hajutatud faasis võrrandiga (16.1.12) ja pidevas faasis (16.1.10).

Juhul, kui puuduvad andmed massiülekandekoefitsientide või EEP ülekandeühikute kõrguse kohta, arvutatakse ekstraktori kõrgus kontsentratsioonimuutuse teoreetiliste sammude arvu määramise teel.

Kontrollküsimused

1. Mis on ekstraheerimisprotsessi olemus? Millised komponendid on ekstraheerimisprotsessis kaasatud? 2. Millised tegurid määravad tasakaalu ekstraheerimisprotsessi ajal? Millest sõltub jaotuskoefitsient? 3. Millistel tingimustel kirjeldatakse ekstraheerimisprotsessi tasakaalu sirgjoonega? 4. Millised diagrammid kujutavad ekstraheerimisprotsesse? 5. Millistel juhtudel saab ekstraheerimisprotsessi kujutada ristkülikukujulisel y-x diagrammil 6. Milliseid ekstraheerimisprotsesside diagramme kasutatakse toiduainetööstuses 7. Mis on ekstraheerimismoodul ja kuidas see mõjutab protsessi tööliini asendit y-x diagrammil? 8 Kuidas on kolmnurkdiagrammil ja y-x koordinaatides kujutatud vastuvoolu ekstraheerimise protsess? 9. Millises aparaadis ekstraheerimisprotsesse teostatakse? 10. Millistele massiülekande seadustele ekstraheerimisprotsessid järgivad? 11. Kuidas arvutada ekstraheerimisel massiülekandekoefitsient üld- ja erijuhtudel?12.Millised eelised on segamisseadmetega ekstraktoritel võrreldes gravitatsiooniga ekstraktoritega?13.Milline on tsentrifugaalekstraktorite tööpõhimõte?Millised eelised on tsentrifugaalekstraktoritel teiste tüüpide ees. ekstraktorid? 14. Mis on ekstraktorite kineetiline arvutus? 15. Millised väärtused määravad kolonni ekstraktori kõrguse?

16.2. EKSTRAKTSIOON TAHKESE KEHA SÜSTEEMIS-VEDELIK

16.2.1. ÜLDINE INFORMATSIOON

Leostumine(ekstraktsiooni erijuhtum) on ühe või mitme aine ekstraheerimine tahkest ainest selektiivse lahusti abil.

Toiduainetööstuses töödeldakse taimset või loomset päritolu kapillaarpoorseid kehasid leostumise teel.

Kasutatakse järgmisi lahusteid: vesi – suhkru ekstraheerimiseks peedist, kohvist, sigurist, teest; alkohol ja vesi-alkoholi segu - tõmmiste saamiseks alkohoolsete jookide ja õlle-vaba alkoholi tootmisel; bensiin, trikloroetüleen, dikloroetaan - õli ekstraheerimisel ja eeterlike õlide tootmisel jne. Leotamine on peedisuhkru tootmise põhiprotsess, seda kasutatakse suhkrupeedist suhkru ekstraheerimiseks. Taimeõli ekstraheeritakse päevalilleseemnetest bensiini abil.

Leostumisele järgneb protsessi käigus sageli filtreerimine, aurustamine ja kristallisatsioon.

16.2.2. LEOSTUMISE STAATIKA JA KINEeetika

Leostamisprotsess hõlmab lahusti tungimist tahke aine pooridesse ja ekstraheeritud ainete lahustumist.

Leostumise tasakaal tekib siis, kui lahustunud aine keemiline potentsiaal ja selle keemiline potentsiaal tahkes materjalis on võrdsustatud. Lahuse saavutatud kontsentratsiooni, mis vastab selle küllastumisele, nimetatakse lahustuvuseks.

Tahke keha pinna lähedal saavutatakse tasakaal lühikese aja jooksul. Seetõttu eeldatakse massiülekande protsessi analüüsimisel, et kontsentratsioon tahke-lahusti piirpinnal on võrdne küllastunud lahuse kontsentratsiooniga. meil on.

Leostumise kineetika põhiülesanne on määrata interakteeruvate faaside kokkupuute kestus, mis on vajalik ekstraheeritava aine teatud ekstraheerimisastme saavutamiseks. Faasikontakti kestus määrab ekstraheerimisseadme suuruse.

Massiülekannet leostumise ajal mõjutab suuresti tahke aine sisemine struktuur: kapillaaride suurus ja kuju ning osakeste keemiline koostis. Massiülekande kiirus sõltub tahke aine sisestruktuurist. Nagu on märgitud peatükis 4.1, muudab poorse keha sisestruktuuri keerukus kapillaarpoorse keha sees toimuva massiülekande protsessi analüütilise kirjeldamise keeruliseks.

Leostumine on keerukas mitmeetapiline protsess, mis koosneb lahusti difusioonist tahke aine pooridesse, ekstraheeritud ainete või ainete lahustumisest, ekstraheeritud ainete difusioonist tahke aine sees olevates kapillaarides faasiliidesele ja massile. vedelas lahustis olevate ekstraheeritavate ainete ülekandmine faasipiirilt ekstraheerimisvoolu südamikusse.

Loetletud protsessi neljast etapist on massiülekande üldist kiirust piiravad reeglina kaks viimast, kuna massiülekande kiirus kahes esimeses etapis on tavaliselt oluliselt suurem kui massiülekande kiirus. kaks järgnevat etappi.

Seega koosneb massiülekande kogu difusioonitakistus difusioonitakistustest tahke aine sees ja lahustis.

Aine difusioonikiirust kapillaarpoorses kehas kirjeldatakse teadupärast massijuhtivuse võrrandiga (12.30).

Massi ülekande kiirust faasiliidest ekstraheerimisvoolu südamikusse kirjeldatakse massiülekande võrrandiga (12.15).

Massi juhtivuse ja massiülekande määrade seose hindamiseks kasutatakse Bioti kriteeriumi [vt. võrrand (12.32)].

Eriti madal massijuhtivus esineb taimset ja loomset päritolu kapillaarpoorsetes kehades.

Joonisel fig. Joonisel 16.2.1 on kujutatud taimeraku struktuuri skeem.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image095_13.gif" width="200" height="24 src="> ja madalate kontsentratsioonide piirkonnas -

Juhul, kui peamine difusioonitakistus on koondunud vedelasse faasi, saab protsessi kirjeldamiseks kasutada massiülekande võrrandit (12.15).

Leostumisprotsessi liikumapanev jõud on erinevus ekstraheeritud aine kontsentratsiooni vahel tahke aine pinnal ja selle keskmise kontsentratsiooni vahel ekstraheerimismassis. usr.

Protsessi kiirus antud juhul

https://pandia.ru/text/78/416/images/image099_11.gif" width="21" height="25 src="> - massiülekandetegur vedelas faasis.

Molekulaarse difusiooni kiirus δ paksusega piirkihis määratakse Ficki võrrandiga (12.9)

https://pandia.ru/text/78/416/images/image101_10.gif" width="319" height="25 src="> (16.2.2)

kus: https://pandia.ru/text/78/416/images/image103_11.gif" width="59" height="21"> . Siis (16.2.1) järeldub, et see on võrdeline D2/3-ga. Katseandmete üldistamisel, võttes arvesse näidatud sõltuvust, saadi võrrand massiülekandeteguri arvutamiseks https://pandia.ru/text/78/416/images/image104_11.gif" width="143" height=" 27 src="> (16.2. 3)

kus: https://pandia.ru/text/78/416/images/image106_10.gif" width="85" height="21"> - Reynoldsi kriteerium (siin v- ekstraheerimiskiirus; µ - ekstraktandi dünaamiline viskoossus); Pr= v/ D- Prandtli kriteerium.

Avaldisest (16.2.2) on selge, et β suureneb difusioonikihi δ paksuse vähenemisega. Piirkihi teooriast on teada, et difusioonikihi paksus väheneb Reynoldsi kriteeriumi suurenedes, st ekstraheerija suhtelise kiiruse suurenedes (tahkete osakeste suhtes). Järelikult saab leostumisprotsessi intensiivistada tõhusa hüdrodünaamilise keskkonna loomisega, sealhulgas tahke materjali jahvatamise teel.

Lihvimine toob kaasa massiülekande pinna suurenemise, samuti ekstraheeritud materjali difusioonitee vähenemise kapillaaride sügavusest materjali pinnale. Tulenevalt asjaolust, et massi juhtivuse koefitsient suureneb temperatuuri tõustes, toimub leostumine ekstrahendi keemistemperatuuri lähedasel temperatuuril. Samal ajal suureneb ka unas küllastunud lahuse kontsentratsioon, mis toob kaasa leostumise ja lahustumise liikumapaneva jõu suurenemise.

Massi juhtivuse kiirust saab suurendada ka toidutoorme spetsiaalse töötlemisega, mis viib raku difusioonitakistuse vähenemiseni.

Praktikas on protsessi intensiivistamine saavutatav efektiivsete hüdrodünaamiliste tingimustega ekstraktorites, näiteks keevkiht-ekstraktorites, samuti vibreerivates ja pulseerivates ekstraktorites.

Nagu märgitud, põhjustab purustatud materjalidega keevkihis protsesside läbiviimine massiülekande pinna järsu suurenemise ja difusioonitakistuse vähenemise.

Peatükis 4.4 viidati, et interakteeruvate faaside madalsageduslikud vibratsioonid põhjustavad ekstraheerimisprotsessi märkimisväärset intensiivistamist.

16.2.3. VÄLJAVÕTESEADMETE ARVUTAMINE

Viimastel aastatel välja töötatud tsooniline meetod tahkest ainest ekstraheerimisprotsesside arvutamiseks põhineb mittestatsionaarse massijuhtivuse probleemi lahendamisel. Protsessi kestuse arvutamiseks korrapärase geomeetrilise kujuga kehades saab kasutada võrrandit (18.11). Massi juhtivuse koefitsientide eksperimentaalsete andmete puudumise tõttu on aga selle meetodi kasutamine arvutuspraktikas keeruline. Seetõttu kasutatakse ekstraktorite arvutamiseks meetodit, mis põhineb kontsentratsioonimuutuse teoreetiliste etappide arvu määramisel. Kasutegurkoefitsientide lisamine arvutustesse võimaldab määrata mitmeastmeliste seadmete reaalsete astmete arvu või seadme pikkuse.

Vaatleme graafilist meetodit teoreetiliste sammude arvu määramiseks kolmnurkdiagrammi abil (joonis 16.2.2). Arvutamise hõlbustamiseks kujutleme diagrammi võrdkülgse kolmnurga asemel täisnurkse kolmnurga kujul.

Olgu ekstraheeritav algne tahke materjal lahustumatust komponendist L ja lahustuvast komponendist M, mis ekstraheeritakse vedela ekstraktandiga E. Protsessi tulemusena saadakse ekstrakt, mis koosneb ekstraktandist E ja selles lahustunud aine M, ja rafinaat, mis koosneb lahustumatust ainest L, mille poorides on teatud kogus ainet M, lahustatud ekstraktandis E.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image108_0.jpg" width="438" height="129 src=">

Riis. 16.2.3. Mitmeosalise vastuvoolu tahke-vedeliku ekstraheerimise skeem

Ekstraheeritud aine lahus E M ekstraktandis E nimetagem seda ülemiseks vooluks ja vooluks R tahked segud L ekstraheeritava ainega M- põhjavool.

Materjalibilansi võrrandid kirjutatakse järgmiselt:

F+ E= R y ja

Perkolaator (joonis 16.2.5) on vertikaalne silindriline koonilise põhja ja kaanega aparaat. Põhjas on rest, millele laaditakse läbi ülemise luugi purustatud tahke materjali kiht. Pärast leostumist juhitakse materjal välja alumise hingedega luugi kaudu.

Punker" href="/text/category/bunker/" rel="bookmark">punker peedilaastude ja tigude laadimiseks viljaliha aparaadist eemaldamiseks.

Seadme sees liigutatakse kiipe kahe paralleelse kruviga alt üles. Tigude moodustavad labad, mis paiknevad piki spiraalset joont. Iga teo labad sisenevad teise labadevahelisse ruumi. Selline tigude paigutus soodustab laastude ühtlast liikumist kogu seadme pikkuses ja takistab peedilaastude pöörlemist koos teradega. Samal eesmärgil paigaldatakse katete alumisele osale vastuterad ja vaheseinad.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image138_3.jpg" width="241" height="257 src=">

Riis. 16.2.7. Kahe kolonni difusiooniseade:

1,5 - liitmikud; 2 - pöörlev viskaja; 3 - trummel; 4 - keha; 6 - kett; 7 - raam

Laastude seadmesse söötmiseks on ette nähtud rehakonveier ja laastuviskaja. Kuumutatud mahl juhitakse düüside kaudu masinasse.

Difusioonmahl võetakse aparaadist läbi kambrisse paigaldatud kooniliste aukudega isetareeneeruvate sõela ja toru. Baromeetriline vesi siseneb aparaadisse läbi ülemise düüsirea ja paberimassi vesi läbi alumise rea.

Aparaadisse sisenevad kiibid liiguvad kohta, kus need aparaadist maha laaditakse. Teise kolonni ülemisse ossa juhitakse õhurõhu- ja tselluloosivesi peedilaastudega vastuvoolu. Difusioonmahl saadetakse tootmisse ja paberimass saadetakse pressidele või tselluloosihoidlasse. Mõnes tehases juhitakse baromeetriline ja pulpvesi esmalt ühte suurde segamispaaki ja seejärel segu soojendamiseks küttekehasse.

Vaadeldava aparaadi konstruktsioonis põletatakse peedilaastud aparaadi sees ja pole vaja täiendavat kõrvetaja paigaldamist. Põletamiseks mõeldud mahl kuumutatakse küttekehades teatud temperatuurini.

On olemas seadmeid, milles tahket materjali liigutatakse ämbrite abil.

Raamide või ämbritega kett-transportseadmete kasutamine toob kaasa tahke materjali massi tihenemise raamidel või ämbrites, mis halvendab ekstraheerimisprotsessi. Terade võllide ja vastulabadega difusiooniseadmetes toimub laastude märkimisväärne jahvatamine, mis raskendab difusioonimahla filtreerimist seadmes ja vähendab seeläbi ekstraheerimiskiirust. Suurte peedilaastude kasutamise tulemusena väheneb ekstraheerimiskiirus ka difusioonisisese takistuse suurenemise tõttu.

Rippvoodiga difusiooniseadmetel neid puudusi pole. Kahe kolonniga aparaadis (joonis 16.2.8), mille on välja töötanud prof. , peedikrõpsud on suspensioonis. Sisu liigutamiseks seadmes liikumapanevaks jõuks on rõhuerinevus materjali kohal esimeses ja teises veerus. Kui kolvi transpordiseade liigub ülespoole, tekib selle alla vaakum. Peedilaastud sisenevad esimese veeru ülemisse ossa, mis on teatud tasemeni täidetud difusioonmahlaga. Mahla taset hoitakse tasememõõturi abil. Seega sisenevad peedilaastud difusioonimahla ja jaotuvad ühtlaselt kogu aparaadis.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image140_5.gif" width="128" height="43 src="> (16.2.11)

Kus: VP- aparaadi kasulik maht, m3; q- laastude mass seadme kasuliku ruumala ühiku kohta, kg/m3 (kolonniseadmete puhul q=600...700 kg/m3); τ - ekstraheerimisprotsessi kestus, s.

Päevalilleseemnetest õli ekstraheerimiseks kasutatakse linttraktoreid (joonis 16.2.9). Tahke faas - purustatud seemned liigutatakse piki linti õhukese kihina ja ekstraheerija - bensiin tarnitakse ülalt pumpade abil ja niisutab lindil asuvat materjali. Protsess viiakse läbi tahke materjali ja ekstraktori keeruka kombineeritud voolumustri järgi: ristvool igas sektsioonis ja vastuvool tervikuna ekstraktoris. Ekstraktori konstruktsioon ei taga tahke faasi tõhusat interaktsiooni ekstraktandiga, ekstraheerimine toimub väikese kiirusega. Õli täielikuks ekstraheerimiseks on vaja mitut ekstraheerimisetappi.

Riis. 16.2.9. Rihma väljatõmbeseade:

1 - keha; 2 - düüsid; 3 - laadimisvõll; 4 - transpordiseade; 5 – pumbad

Kontrollküsimused

1. Mis on leostumisprotsessi olemus? Millised komponendid on leostumisprotsessis kaasatud? 2. Millised tegurid määravad leostumise kiiruse? 3. Millisel juhul kirjeldab leostumiskiirust Štšukarevi võrrand? 4. Mis on ekstraktoride arvutus? 5. Kuidas on kolmnurkdiagrammil kujutatud vastuvoolu ekstraheerimisprotsess? 6. Kuidas määratakse kolmnurkdiagrammi kontsentratsiooni muutumise etappide arv? 7. Nimeta skeemid, mille järgi leostusprotsesse läbi viiakse 8. Mis konstruktsiooniga ekstraktorid kasutatakse toiduainetööstuses?

Sissejuhatus

Ekstraheerimine "vedelik-vedelik" süsteemis. Põhimõisted ja näitajad

Ekstraheerimisel kasutatavad orgaanilised lahustid

Ekstraheerimisel toimuvad keemilised ja massiülekande protsessid

Peamised ekstraheerimismeetodid

Kaasaegsed väljatõmbeseadmed

Arvutamise osa

Kanalisatsioonitorude puhastamine

Järeldus

Bibliograafia

Sissejuhatus

Ekstraheerimine laiemas tähenduses viitab protsessidele, mille käigus ekstraheeritakse üks või mitu komponenti lahustest või tahketest ainetest, kasutades selektiivseid lahusteid. Seetõttu saab ekstraheerimist põhimõtteliselt läbi viia tahke-vedeliku süsteemides (näiteks kulla ekstraheerimine maakidest tsüaniidilahustega) või vedelik-vedelik. Hüdrometallurgias viitab ekstraheerimine või ekstraheerimine tavaliselt vedeliku ekstraheerimise protsessile, mis seisneb ühes lahustis lahustunud aine ekstraheerimises teise lahustiga, mis ei segune esimesega. Kahe sellise vedela keskkonnana kasutatakse metalli sisaldavat keemiliste reagentide vesilahust ja orgaanilist vedelikku.

Ekstraheerimisprotsessi peamised eelised võrreldes teiste vedelsegude eraldamise protsessidega on järgmised:

madal töötemperatuur (protsess viiakse tavaliselt läbi toatemperatuuril);

suur massiülekande kiirus kahe kontaktfaasi vahel (nende kokkupuutepinna väga suure pindala tõttu orgaanilise faasi emulgeerimisel vesilahuses);

ekstraktantide kõrge selektiivsus, mis võimaldab eraldada seotud, raskesti eraldatavaid elemente;

kahe faasi eraldamise lihtsus (erineva tihedusega segunematud vedelikud);

võime ekstraheerida metalle väga lahjendatud lahustest;

tekkiva metalli sügavpuhastus vastavalt soovile;

kasutatud reaktiivide regenereerimise võimalus;

protsessi täieliku mehhaniseerimise ja automatiseerimise võimalus.

Need asjaolud määravad ekstraheerimisprotsesside laialdase kasutamise kaasaegses hüdrometallurgias.

Ekstraheerimine "vedelik-vedelik" süsteemis. Põhimõisted ja näitajad

Võeti kasutusele järgmine väljavõtete terminoloogia. Kahte protsessis osalevat lahustit (vesi- ja orgaaniline) algolekus nimetatakse lähtelahuseks ja ekstraktandiks. Kokkupuute hetkel (ekstraheerimise ajal) nimetatakse neid "vesi-" ja "orgaanilisteks" faasideks ning pärast ekstraheerimist (settimine ja eraldamine) nimetatakse neid "rafinaadiks" ja "ekstraktiks".

Ekstraheerimisprotsess koosneb järgmistest etappidest:

alglahuse ja ekstraktandi valmistamine (joon. 1, a);

nende lahuste kokkuviimine orgaanilise ja vesifaasi emulgeerimisega (joonis 1, b, c);

nende faaside settimine ja eraldamine (visuaalselt hästi jälgitav) (joonis 1, d);

rafinaadi ja ekstrakti eraldamine (joonis 1, e).

Joonis 1. Vedelik-vedelik ekstraheerimisprotsessi skeem. 1 - esialgne lahendus; 2 - ekstraktiiv; 3 - rafinaat; 4 - väljavõte.

Ekstraheeritud elemendiga (ekstraktiga) küllastunud ekstraktandist ekstraheeritakse metallid re-ekstraheerimise meetodil, mis seisneb ekstrakti töötlemises mõne keemilise reagendi vesilahusega, luues soodsad tingimused metallide pöördülekandeks orgaanilisest faasist. vesifaasi. Taasekstraheerimise protsessi vooskeem on sarnane ekstraheerimise etappidele. Sel juhul nimetatakse aine orgaanilisest faasist ekstraheerimiseks kasutatud reaktiivi reekstraktandiks ja saadud produkti nimetatakse reekstraktiks. Järelikult on ekstraktant ja ekstrakt orgaaniline faas ning re-ekstraktant ja re-ekstrakt on vesifaas. Peaaegu alati regenereeritakse ekstraheerija pärast uuesti ekstraheerimist algsesse olekusse, mistõttu seda nimetatakse regenereeritud ekstraktandiks.

Seega kasutatakse ekstraheerimisel ja taasekstraheerimisel protsessi edenedes järgmisi tootenimetusi:

Ekstraheerimine:

ekstraktant ® orgaaniline faas ® ekstrakt

alglahus ® vesifaas ® rafinaat

Taasekstraheerimine:

ekstrakt ® orgaaniline faas ® regenereeritud ekstraktant

re-ekstraktant ® vesifaas ® re-ekstrakt.

Tsükli "Ekstraheerimine - taasekstraheerimine" lõppsaadus on jällegi vesilahus - taasekstraheerimine. Kuid ribaekstraktsiooni tulemusena saadud vesilahus erineb algsest selle poolest, et see ei sisalda või sisaldab ainult vähesel määral lisandeid, millest väärtusliku komponendi eraldamine on selle lahusest eraldamise peamine raskus. Sellisel juhul on re-ekstrakt erinevalt algsest lahusest sageli metalliga rikastatud.

Ekstraheerimisel kasutatavad orgaanilised lahustid

Ekstraktantidena kasutatakse orgaanilisi ühendeid.

Ideaalsel ekstraktandil peaksid olema järgmised omadused:

olema piisavalt selektiivsed (st eraldama metallide summat sisaldavatest vesilahustest valikuliselt ainult meid huvitavad komponendid);

neil on suur ekstraheerimisvõime (absorbeerida märkimisväärses koguses ekstraheeritud komponenti mahuühiku kohta);

tagama ekstrahendi üsna lihtsa regenereerimise metalli ekstraheerimisega orgaanilisest faasist;

olema ohutu kasutada (mittetoksiline, mittelenduv, mittesüttiv);

püsib stabiilsena ladustamise ajal või kokkupuutel hapete ja leelistega;

olema piisavalt odav.

Sellise ideaalse ekstraktandi leidmine on peaaegu võimatu, seetõttu tehakse tavaliselt kompromisslahendus.

Võttes arvesse asjaolu, et massiülekanne mängib olulist rolli ekstraheerimise eraldamise mehhanismis, on orgaanilise faasi üks peamisi füüsikalisi omadusi viskoossus. Ekstraheerimisprotsessi kineetika hindamiseks on äärmiselt vajalikud teadmised viskoossuse, faasidevahelise piiri energia ja keskkonna tiheduse omadustest mitte ainult massiülekande mõttes, vaid ka faaside hajumise ja tasakaalu viivate vedelate faaside settimise kiirus. Orgaanilised ekstraktandid on aga tavaliselt üsna viskoossed keskkonnad. Sel juhul suureneb orgaanilise faasi viskoossus järsult, kui see on küllastunud metalliioonidega. Orgaanilise faasi viskoossuse tõus üle teatud piiri võib ekstraheerimisprotsessi järsult aeglustada. Seetõttu on mõnikord ebaotstarbekas saavutada ekstrahendi märkimisväärset küllastumist metallidega. Kuid isegi kui ekstrahendi võimalik küllastumine on piiratud, on mõnel juhul vaja orgaanilise faasi viskoossust kunstlikult vähendada.

Lisaks peab faaside heaks eraldamiseks pärast ekstraheerimist nende faaside tiheduses olema piisav erinevus, see tähendab, et ekstraheeriv aine peab olema palju kergem kui vesilahus. Seetõttu kasutatakse ekstrakti puhtal kujul praktikas harva; seda tavaliselt lahjendatakse odava orgaanilise lahustiga, et vähendada viskoossust ja tihedust. See abilahusti on tavaliselt inertne ega osale ekstraheerimisprotsessis. Sellises kahe orgaanilise lahusti süsteemis nimetatakse ekstraheerimise keemilistes reaktsioonides osalevat orgaanilist ühendit ekstraheerimisreagendiks ja ekstraheerimisreagendi lahustit lahjendiks. Kogu orgaaniline lahus on ekstraktiiv. Tuleb märkida, et lahjendit ei kasutata mitte ainult orgaanilise faasi viskoossuse ja tiheduse vähendamiseks, vaid ka saadud produktide lahustamiseks ekstraheerimisreaktsiooni käigus.

Kõige sagedamini kasutatavad orgaaniliste lahustite tüübid on:

süsivesinikud ja nende halogeenderivaadid;

Süsivesinikud ja nende kloori derivaadid kasutatakse kõige sagedamini ekstraheerimisreaktiivide lahjenditena. Kuna süsivesinikud on väga lenduvad, kergestisüttivad ja mürgised ained, sobib ainult piiratud hulk neist tööstuslikuks kasutamiseks. Kõige sagedamini kasutatavad on: benseen C 6 H 6; tolueen või metüülbenseen CH3C5H5; petrooleum; diislikütus; heksaan (C 6 H 4), oktaan (C 8 H | 8), bensiin. Süsivesinike kloori derivaatidest kasutatakse enim süsiniktetrakloriidi CCl 4, kloroformi CHC1 3 ja diklorometaan CH 2 C1 2. Kloori derivaate kasutatakse mõnikord anorgaaniliste ühendite ekstraheerijatena (näiteks CCl 4 või CHCl 3 ekstraheeritakse GeCl 4-ga).

Hapnikku sisaldavad ekstraktandid jagunevad ühenditeks, mis ei sisalda ja sisaldavad soola moodustavaid rühmi. Halogeniidide, nitraatide, tiotsüanaatide ja muude metallisoolade ekstraheerimiseks kasutatakse ekstraktidena hapnikku sisaldavaid orgaanilisi lahusteid, millel ei ole soola moodustavaid rühmi. Nende hulka kuuluvad alkoholid ROH, estrid ROR, estrid R-OCO-R, ketoonid R-COR, d-ketoonid RCOCH 2 COR (kus R on orgaaniline radikaal). Ekstraheerimine toimub edukalt tugevalt happelistes lahustes, milles on võimalik oksooniumisoolade moodustumine, või madala happesusega lahustes, kuid väljasoolavate ainete juuresolekul. Alkoholide, eetrite, ketoonide kasutamisel jälgitakse solvaadi teket näiteks skeemi järgi: mROR + nMeCl 3 + pHCl = mROR × nMeCl 3 × pHCl. Veelgi enam, happesuse tase mõjutab oluliselt selle protsessi kulgu.

Eetritest kasutatakse enim dietüüleetrit C 2 H 5 OS 2 H 5 ja selle kloori derivaati - kloreks ClC 2 H 4 OS 2 H 4 Cl ehk (C 2 H 4 Cl) 2 O. Kloreks on äärmiselt nõrk alus ja ekstraheerib ainult väga tugevaid happeid. Seda kasutatakse näiteks kloroaurhappe ekstraheerimiseks aqua regia lahustest väärismetallide rafineerimistsüklis.

Alifaatsete (atsükliliste) alkoholide (ROH, kus R on C n H (2n+1)), butüül (C 4 H 9 OH), amüül (C 5 H 11 OH), isoamüül, heksüül (C 6 H 13 OH) hulgast kasutatakse. , kaprüül- (C 7 H 15 OH), oktüül (C 8 H 17 OH), nonüül (C 9 H 19 OH), alkoholide C 7 - C 9 ja detsüüli (C 10 H 21 OH) segu. Atsüklilistest alkoholidest (mis sisaldavad tsükleid molekulides - kolme või enama süsinikuaatomiga tsüklid) kasutatakse kõige sagedamini tsükloheksanooli C 11 H 11 OH. Aromaatsetest alkoholidest (mille molekulides on tsüklid - benseenitsüklid) kasutatakse a-naftooli ja a, a’ -naftoolid .

Kui kasutatakse hapnikku sisaldavaid orgaanilisi lahusteid koos soola moodustavate rühmadega (karboksüülhapped RCOOH), tekivad vees lahustumatud ühendid - seebid - mitte soolade või nende happekomplekside, vaid metallikatioonide ekstraheerimise tõttu. Karboksüülhapped on struktuurilt dimeriseerunud .

See dimerisatsioon säilib ekstraheerimise ajal, see tähendab, et moodustub orgaaniline sool M(HR 2) 2. Ekstraheerimine karboksüülhapetega viiakse tavaliselt läbi pH 0,5 võrra madalamal kui lähteaine anorgaanilise metallisoola hüdrolüüsi pH. Sarnast tüüpi ekstraheerimist rasvhapete C n H 2 n +1 COOH abil kasutatakse näiteks koobalti hüdrometallurgias koobaltit sisaldavate lahuste puhastamiseks lisanditest.

või otse (P-C side, fosfororgaanilised ühendid):

kus R on alküül- (CnH2n+), tsükloalküül- või arüülrühm (aromaatsete süsivesinike monovalentse jääk) radikaal.

Enim on uuritud fosfor-, fosfoon- ja fosfiinhapete keskmiste estrite, samuti asendatud fosfiinide oksiidide ekstraheerimisvõimet. Ekstraheerimine kõigi nende reagentidega toimub fosforüülhapniku doonor-aktseptori võime alusel - P=O, mis suureneb järjestuses:

Järelikult suureneb nende ühendite ekstraheerimisvõime samas suunas. Fosforhappe keskmistest estritest on enim kasutatav ekstraheerija tributüülfosfaat TBP ((C 4 H 9 O) 3 PO), mida kasutatakse radioaktiivsete metallide hüdrometallurgias (näiteks tuumakütuse tootmisel, eriti uranüülnitraadi ekstraheerimisel), haruldaste metallide (nioobium, tantaal, tsirkoonium jt) hüdrometallurgias. Dialküülalküülfosfinaate DAAF (R 1 P(O)(OR 2) 2) kasutatakse skandiumi ekstraheerimiseks vesinikkloriidhappest, nioobiumist, tantalist ja muudest haruldastest muldmetallidest.

Lämmastikku sisaldavatest ekstraktantidest Ekstraheerimiseks kasutatakse kõige laialdasemalt erineva asendusastmega amiine (saadud ammoniaagi prootonite asendamisel orgaanilise radikaaliga): primaarne, sekundaarne , tertsiaarsed ja kvaternaarsed ammooniumalused (QAB): R 4 NOH. Paljud primaarsete, sekundaarsete ja tertsiaarsete amiinide soolad, millel on normaalsed alküülradikaalid C n H 2 n +1 (alküülamiinid), lahustuvad halvasti vedelates süsivesinikes, eelistatavalt aromaatsetes süsivesinikes (> 0,1 mol/l).

Vase, nikli ja koobalti ekstraheerimiseks pakutakse välja a-hüdroksüimide segud üldvalemiga, kus R ja R’ on radikaalid; R'' on radikaal või vesinikuaatom.

Väävlit sisaldavad ekstraktandid. Väävliaatomi madalama elektrondoonorvõime tõttu võrreldes hapnikuaatomiga viib hapniku asendamine väävliga vastavates hapnikku sisaldavates orgaanilistes ühendites (eetrid, alkoholid jne) väävlit sisaldavate ainete ekstraheerimisomaduste vähenemiseni. orgaanilised ühendid (tioeetrid R 2 S; tioalkoholid RSH; tiohapped , ; ditiohapped jne).

Tioühendite aluselisuse vähenemine võib aga kaasa tuua ekstraheerimise selektiivsuse suurenemise, mille tulemusena pakuvad väävlit sisaldavad orgaanilised ekstraktandid teatud huvi. Orgaanilised sulfiidid (tioestrid) on üsna tõhusad ekstraktandid. Näiteks diisobutüülsulfiid (iC 4 H 9) 2 S ekstraheerib hästi raudkloriidi vesinikkloriidhappe lahustest НFeСl 4 kujul, nagu tavaline hapnikku sisaldav dibutüüleeter (C 4 H 9) 2 O. Seoses anorgaaniliste hapetega ja uraanisoolasid, oksiide on testitud ekstraheerivate dialküülsulfiididena, mis on saadud vastavate dialküülsulfiidide oksüdeerimisel vesinikperoksiidiga äädikhappes CH 3 COOH. Sulfoonhapped R-SO 3 H (või ), mis on katioonivahetusekstraktandid, pakuvad hüdrometallurgias praktilist huvi. Sulfoonitud süsivesinikke soovitatakse kasutada nikli ja koobalti tööstuslikuks ekstraheerimiseks vesilahustest, mille metallide kontsentratsioon on 0,5–10 g/l.

Ekstraheerimisel toimuvad keemilised ja massiülekande protsessid

Ainete eraldamine ekstraheerimisprotsessi käigus põhineb kahe segunematu vedeliku jaotumise erinevusel. Lihtsamal juhul, kui ekstraheeritud aine on mõlemas faasis samal kujul (nn füüsiline jaotus), kehtib Nernsti seadus:

,

kus K d on jaotuskonstant. Jaotuskonstant Kd ei sõltu ekstraheeritava aine kontsentratsioonist vesifaasis ja jääb kontaktfaaside mahtude (P:E) kindlaksmääratud konstantse suhtega antud temperatuuril konstantseks väärtuseks nii rikaste kui ka ainete puhul. kehvad lahendused. Seetõttu on mitme järjestikuse protsessi tsükliga võimalik saavutada suvaliselt sügav ekstraheerimise või puhastamise aste.

Kuid jaotusseadus selle klassikalisel kujul ei ole enamiku tegelike ekstraheerimissüsteemide puhul rakendatav, kuna mõlemas faasis võib esineda aine interaktsioon lahustiga, samuti on võimalik aine ekstraheerimine mitut tüüpi ühendite kujul. faaside omavahelise lahustuvuse muutus ekstraheeritud ainete mõjul jne. Seetõttu kasutatakse aine leviku iseloomustamiseks tavaliselt jaotuskoefitsienti

kus C x O ja C x B on vastavalt ekstraheeritud aine analüütilised kontsentratsioonid kõigis ühendites orgaanilises ja vesifaasis.

Kuna ekstraheerimine ei toimu mitte niivõrd metalli eraldamiseks puhastest lahustest, vaid väärtusliku elemendi valikuliseks eraldamiseks lisandite summat sisaldavatest lahustest, kasutatakse teist indikaatorit, mida nimetatakse eraldusteguriks:

.

See tähendab, et see esindab kahe aine jaotuskoefitsientide suhet. Eraldustingimuste jaoks on vajalik ebavõrdsus D Me1 ¹ D Me 2. Parim eraldumine toimub siis, kui D Ме1 >> D Ме2. Veelgi enam, mida lähemal on S ühtsusele, seda suurem on ekstraheerimisetappide arv. Eraldusteguri väärtuse arvutamisel on tavaks panna lugejasse suurem jaotuskoefitsient D Me, seega S ³ 1 alati.

Nagu iga hüdrometallurgilise protsessi puhul, on ekstraheerimise oluline näitaja taaskasutatud metalli kogus (või ekstraheerimise protsent):

,

kus V 0 ja V B on vastavalt orgaanilise faasi ja vesilahuse maht. Jaotuskoefitsient D ja ekstraheerimisaste E on omavahel seotud suurused:

.

Kõige sagedamini toimub metallide ekstraheerimine vesifaasist orgaanilisse faasi kolmel viisil:

Katioonivahetuse ekstraheerimine - joodilahustes leiduvate metallide ekstraheerimine katioonidena orgaaniliste hapete või nende sooladega. Ekstraheerimismehhanism seisneb ekstraheeritud katiooni vahetamises H+ või mõne muu ekstraheeriva katiooni vastu.

Anioonivahetuse ekstraheerimine - vesilahustes leiduvate metallide ekstraheerimine anioonidena orgaaniliste aluste sooladega. Ekstraheerimine toimub metalli sisaldava aniooni vahetuse tõttu ekstraheeriva aniooniga.

Koordinatsioonekstraktsioon, mille käigus ekstraheeritav ühend moodustub ekstraheerija molekuli või iooni koordineerimise tulemusena otse ekstraheeritava metalli aatomiga (iooniga), mille tulemusena metall ja ekstraheerija satuvad ekstraheeritud kompleksi sama sfäär.

Koordinatsiooni- või kompleksühendid on need, mille keskne aatom või ioon on ümbritsetud kindla arvu ioonide või molekulidega, mida nimetatakse ligandideks.

Keemiliste (koordinatsiooni) sidemete arvu keskaatomi või iooni (kompleksmoodustaja) ja ligandide vahel nimetatakse koordinatsiooninumbriks. Koordinatsioonisidemetel on sageli doonor-aktseptor iseloom, st need tekivad siis, kui doonor-aatomil on üksik (vaba) elektronpaar, mis seondub aktseptor-aatomiga. Näiteks kui moodustub kompleksioon (NH 4) +:

,

lämmastik, mille NH 3 molekulis on üksik elektronide paar, on doonor ja vesinikuioon on aktseptor.

Ligandid on anorgaaniliste hapete, orgaaniliste hapete ja neutraalsete molekulide (näiteks H 2 O) anioonid ning kompleksioonide moodustumist võib kujutada iooni ümbritsevate (hüdratiseerivate) veemolekulide nihkumisena teise ligandi poolt. Ligandid võivad olenevalt koordinatsioonisideme moodustavate aatomite arvust olla ühehambalised, kahehambalised jne.

Polüdentaatligandid (bidentaat ja rohkem) moodustavad tsüklilisi komplekse, st ekstraheeritud ioon on ümbritsetud mitme orgaanilise ekstraktandi molekuliga.

Keskaatom ja koordineeritud rühmad (ligandid) moodustavad kompleksi sisemise koordinatsioonisfääri – kompleksiooni. Positiivsed või negatiivsed ioonid, mis kompenseerivad kompleksiooni laengut, moodustavad kompleksühendi välissfääri.

Katioonivahetuse ekstraheerimine

Seda tüüpi ekstraheerimist saab üldiselt kirjeldada võrrandiga

kus Me on metall valentsiga z;

R on orgaanilise happe happeline jääk. Tavalised katioonivahetusekstraktandid on RCOOH-tüüpi rasvhapped (näiteks karboksüülhapped), mille süsinikuaatomite arv R-radikaalis on seitse kuni üheksa (C7-C9) ja nafteenhapped:

Nafteenhappeid saadakse toornaftast; nende molekulmass on vahemikus 170 kuni 330. Sageli kasutatakse alküülfosforhappeid, eelkõige ortofosforhappe derivaate – alküülortofosfaate. Kui kaks vesinikiooni ortofosforhappes (H 3 PO 4) asendada orgaaniliste radikaalidega, saadakse tooted, mida nimetatakse dialküülortofosfaatideks, näiteks di-(2-etüülheksüül)fosforhape (D2EHPA).

Katioonivahetuse ekstraheerimise tüüp on ekstraheerimine kompleksi moodustavate (kelaativate) mono-, bi- ja polüdentaatekstraktantidega, nagu oksiimid – (=N-OH) rühma sisaldavad ühendid. Sel juhul toimub ekstraheerimine ioonivahetuse ja ekstraheerija koordineerimise tulemusena ekstraheeritud metalli aatomiga (iooniga) koos komplekssete ühendite moodustumisega.

Anioonivahetuse ekstraheerimine

Anioonivahetusekstraktandid kuuluvad amiinide klassi, mis on ammoniaagi NH3 derivaadid. Sõltuvalt ammoniaagis süsivesinikradikaalidega asendatud vesinikuaatomite arvust saadakse primaarsed, sekundaarsed või tertsiaarsed amiinid:

R on süsivesinikradikaal, mis sisaldab 7 kuni 9 (mõnikord kuni 16) süsinikuaatomit.

Amiinides on lämmastikus üksik elektronide paar, mis määrab nende ekstraheerivate ainete võime moodustada koordinatsiooniühendeid

Happega töötlemisel moodustunud amiinisoolad võivad happeaniooni vahetada näiteks metalli sisaldavate anioonide vastu

Aluselises keskkonnas võib amiine leida mitte anioonide vahetamiseks võimeliste soolade, vaid neutraalsete molekulide kujul, seega kasutatakse neid ainult happelises keskkonnas.

Levinumad amiinid on ANP kollektor – primaarne amiin, dilaurüülamiin (sekundaarne amiin) ja trioktüülamiin (tertsiaarne amiin).

Lisaks anioonivahetuse tüübi järgi ekstraheerimisele viib amiinidega ekstraheerimine mõnikord amiini sisseviimiseni ekstraheeritud kompleksanooni sisemisse koordinatsioonisfääri koos tugevate metall-lämmastiksidemete moodustumisega (mis on tüüpiline näiteks plaatina metallid). Sel juhul moodustunud komplekssed ühendid on väga tugevad, mille tulemusena on metalli pöördsuunaline ülekandmine orgaanilisest faasist vesifaasi - reekstraheerimine - keeruline.

Teine anioonivahetusekstraktantide klass on kvaternaarsed ammooniumalused (QAB) ja nende soolad (QAB). QAO on ammooniumioonide (NH 4) + derivaadid:

,

kus R on süsivesinikradikaal.

Kõige sagedamini kasutatavad QAC-d on trialküülbensüülammooniumkloriid – lühendatult TABAC, trialküülmetüülammooniumkloriid (CH 3 R 3 N)Cl – TAMAC, tetraalküülammooniumkloriid (R 4 N)Cl – TAAX. R - CnH2n +1, kus n = 8-10.

QAS ekstraheerib metalle ainult anioonivahetusreaktsiooni tüübi järgi:

kus z on metalli sisaldava aniooni MeX laeng;

m on HAC aniooni laeng;

Y - anioon HOUR.

QAS on võimeline ekstraheerima metalli sisaldavaid sooli mitte ainult happelistest, vaid ka aluselistest lahustest.

Amiin- ja QAS-sooladel on mõnel juhul piiratud lahustuvus tavaliselt kasutatavates lahjendites (petrooleum, süsivesinikud). Lahustuvuse parandamiseks lisatakse orgaanilisele faasile orgaanilisi alkohole (näiteks detsüülalkoholi), kuid suured (üle 10%) alkoholikontsentratsioonid halvendavad tavaliselt ekstraheerimist interaktsiooni tõttu ekstraktandiga.

Peamised ekstraheerimismeetodid

Peamiselt kasutatakse järgmisi ekstraheerimismeetodeid: ühekordne ekstraheerimine, mitmekordne ekstraheerimine lahusti rist- ja vastuvoolu liikumisega, pidev vastuvoolu ekstraheerimine. Tööstuses kasutatakse enim ekstraheerimist ühe lahustiga, kuigi kasutatakse ka kahe ekstraktsiooniga ekstraheerimist.

Ühekordne (üheastmeline) ekstraheerimine. See ekstraheerimismeetod seisneb selles, et alglahus F ja ekstraktant S segatakse segistis, misjärel need eraldatakse settimispaagis kaheks kihiks: ekstraktiks E ja rafinaadiks R. Tavaliselt arvatakse, et faaside tasakaal on saavutatud. on segistis kehtestatud intensiivse segamise ja piisava kokkupuuteaja tõttu, st ühekordne ekstraheerimine võimaldab saavutada kontsentratsioonimuutuse teoreetilisele tasemele vastava efektiivsuse. Ekstraheerimise astet selle ekstraheerimismeetodiga saab suurendada, suurendades aparatuuri ekstrahendi tarnimist, kuid see toob kaasa ekstrakti kontsentratsiooni vähenemise ja protsessi maksumuse suurenemise.

Protsessi võib läbi viia kas perioodiliselt või pidevalt. Protsessi perioodilise korraldamise korral saab ekstrakti ja rafinaadi eraldamise etapi läbi viia segistis. Sel juhul pole kaevu vajadust.

Mitmekordne ekstraheerimine lahusti ristvooluga. Selle meetodiga ekstraheerimisel (joonis 2) töödeldakse alglahust F ja vastavaid rafinaate värske ekstrakti S1, S2 jne portsjoniga. igas ekstraheerimisetapis, mis koosneb segistist ja settimispaakist (settimispaake pole joonisel 2 näidatud), ning rafinaadid saadetakse järjestikku järgmistesse etappidesse ning iga etapi ekstraktid E 1, E 2 eemaldatakse seadmest. süsteem. Selle ekstraheerimismeetodiga siseneb alglahus F esimesse etappi ja lõplik rafinaat Rn võetakse viimasest, n-ndast etapist.

Riis. 2. Mitmekordse ekstraheerimise skeem lahusti ristvooluga (1, 2,3, ..., n - etapid).

Seda meetodit kasutades on võimalik alglahusest jaotatud komponent peaaegu täielikult ekstraheerida ja saada puhas rafinaat. Kuid sel juhul on esialgses lahuses sisalduva lahusti kadu vältimatu, kuna igas etapis toimub selle lahusti osaline eemaldamine koos ekstraktiga.

Mitmekordne ekstraheerimine lahusti vastuvoolu liikumisega. Seda ekstraheerimismeetodit iseloomustab korduv kokkupuude etapis 1, 2 jne. rafinaadi R ja ekstrakti E vastuvooluga (joonis 3), eeldusel, et alglahust F ja ekstrakti S tarnitakse paigaldise vastasotstest. Kuna lahusti vastuvoolu liikumisega ekstraheerimismeetod võimaldab saada etteantud kvaliteediga tooteid käitise piisavalt kõrge tootlikkusega, kasutatakse seda ekstraheerimismeetodit tööstuses üsna laialdaselt.

Riis. 3. Mitmekordse ekstraheerimise skeem lahusti vastuvoolu liikumisega (1,2, ..., n-1. n - sammud).

Pidev vastuvoolu väljatõmme. Seda ekstraheerimismeetodit kasutatakse kolonni tüüpi seadmetes (näiteks pakitud). Raskemat lahust (näiteks alglahust) juhitakse pidevalt kolonni ülemisse ossa (joonis 4), kust see alla voolab.

Kerge vedelik (meie puhul lahusti) siseneb kolonni põhja, mis tõuseb kolonni ülespoole. Nende lahuste kokkupuute tulemusena kantakse jaotatud aine algsest lahusest ekstrahendisse. Seda ekstraheerimismeetodit kasutatakse sageli tööstuses.

Vastuvoolu ekstraheerimine tagasijooksuga. Kui on vaja esialgset lahust täielikumalt eraldada, võib analoogselt rektifikatsiooniprotsessiga ekstraheerida püstjahutiga (joonis 5). Sel juhul juhitakse algsegu F seadme keskossa (toitefaasi). Pärast ekstrakti regenereerimist regeneraatoris 2 suunatakse osa saadud produktist R0 tagasijooksu kujul tagasi seadmesse 1 ja teine ​​osa võetakse alglahusest ekstraheeritud komponendi B kujul. lahendused R0 ja B on samad. Seega on ekstraheerimisseadme sõlm 2 destilleerimisseadme tagasijooksuseadme analoog.

Riis. 5. a) (vasakul) tagasivooluga vastuvoolu ekstraheerimise skeem: 1 - ekstraheerimisaparaat; 2 - aparaat ekstrakti regenereerimiseks; b) ekstraheerimisskeem kahe lahustiga: 1 - ekstraheerimisaparaat; 2 - aparaat ekstrakti regenereerimiseks.

Refluksivool R0 uhub kokkupuutel ekstraktivooluga viimasest välja selles osaliselt või täielikult lahustunud algse lahusti A, mis läheb lõpuks rafinaati, mille tulemusena muutub eraldusaste ja saagis. rafinaadi suurenemine.

Tuleb märkida, et püstjahutiga ekstraheerimine, parandades samal ajal alglahuse eraldamist, toob kaasa ekstraktandi tarbimise ja seadmete mahu suurenemise, mis muudab selle protsessi kallimaks. Seetõttu tuleks tagasijooksu koguse valik teha tehnilise ja majandusliku arvutuse alusel.

Ekstraheerimine kahe lahustiga. Kui alglahus sisaldab kahte või enamat komponenti, mida tuleb ekstraheerida eraldi või mitmest komponendist koosnevate rühmadena, siis kasutatakse ekstraheerimist kahe segunematu lahustiga (joonis 5b). Lahustid valitakse nii, et igaüks neist lahustab eelistatavalt ühte komponenti või komponentide rühma. Algsegu F, mis koosneb komponentidest A ja B, juhitakse aparaadi 1 keskossa. Ekstraktant S (raskem kui S 1), lahustades selektiivselt komponenti A, siseneb aparaadi 1 ülemisse ossa ja ekstraktant S 1, lahustades selektiivselt komponendi B, - selle alumises osas.

Kahe lahustiga ekstraheerimist kasutatakse tavaliselt sarnase lahustuvusega ainete eraldamiseks. See meetod nõuab suhteliselt suurt ekstraheerivate ainete tarbimist, mis suurendab oluliselt protsessi maksumust.

ekstraheerimislahusti orgaaniline katioonivahetus

Kaasaegsed väljatõmbeseadmed

Koostoime põhimõtte või faasikontakti meetodi järgi jagatakse ekstraktorid kahte rühma: astmeline ja diferentsiaalkontakt. Nendes rühmades jagatakse ekstraktorid sageli gravitatsioonilisteks (nendes olevate faaside kiiruse määrab nende faaside tiheduste erinevus) ja mehaanilisteks (kui väljastpoolt tulevatele vooludele lisatakse energiat mehaanilise segamise, tsentrifugaaljõu, a. kolbpulsaator jne). Peaaegu kõigis nimetatud rühmade seadmetes hajutatakse faaside kontaktpinna suurendamiseks üks faasidest mitmel viisil ja jaotatakse tilkade kujul teise, pidevasse faasi. Pärast iga faaside segamist aparaadis järgneb nende faaside eraldamine, mis on vajalik eelkõige ekstrakti regenereerimiseks (gravitatsiooni- või tsentrifugaaljõudude mõjul). Samuti märgime, et tööstuses kasutatakse tavaliselt pidevaid ekstraktorid.

Astme ekstraktorid. Selle rühma ekstraktorid koosnevad diskreetsetest etappidest, millest igaühes toimub faasikontakt, misjärel need eralduvad ja liiguvad vastuvooluga järgmistesse etappidesse. Joonisel fig. Joonisel 6 on kujutatud skeem ühe astmelise (a) ja mitmeastmelise (b ja c) paigaldiste kohta ühe enamlevinud astmetõmbetüübi – segamise ja settimise – kohta.

Riis. 6. Üheastmeliste (a) ja mitmeastmeliste (b, c) segamis- ja settimisekstraktorite skeemid: 1 - segistid; 2 - settepaak; 3 - pumbad.

Segamis-settimismasinate eelised hõlmavad nende kõrget kasutegurit (iga astme efektiivsus võib läheneda ühele teoreetilisele eraldusastmele), astmete arvu kiiret muutmist, sobivust tööks mitmesuguste füüsikaliste omaduste ja mahuliste faasisuhete muutuste korral. , suhteliselt lihtne skaleerimine jne. Puudused Neid ekstraktoreid iseloomustab suur tootmispind, üksikute ajamiga segistite olemasolu ja suured gravitatsioonilise settimiskambrite mahud.

Suure võimsusega segamis-settite ekstraktorid (kuni 1500 m 3 /h) on kasutusel hüdrometallurgias, uraanitehnoloogias ja mitmetes teistes suure tonnaažiga tööstusharudes.

Diferentsiaalkontaktide ekstraktorid. Selle rühma ekstraktorid eristuvad pideva faasidevahelise kontakti ja sujuva kontsentratsiooni muutusega seadme kõrgusel. Sellistes ekstraktorites (erinevalt esimestest etappidest) ei saavutata faaside vahel tasakaalu kogu seadme ristlõikes. Diferentsiaalkontaktiga ekstraktorid on kompaktsemad kui astmelised ekstraktorid ja hõivavad väiksema tootmispinna.

Gravitatsiooniekstraktorites toimub faaside liikumine nende tiheduse erinevuse tõttu. Gravitatsiooniga ekstraktorid hõlmavad pihustus-, pakitud- ja salvkolonne.

Riis. 7. Õõnes(pihustus)kolonni ekstraktorid: a - tugeva faasipihustusega; b - kerge faasi pihustamisega; 1 - ekstraktorid; 2 - vihmutid; 3 - vesitihendid; 4 - faasiliides.

Gravitatsioonitõmbeseadmete lihtsaimad esindajad disainis on pihustuskolonnid (joon. 7). Pihustusekstraktorite oluline eelis on võime töödelda neis saastunud vedelikke. Mõnikord kasutatakse neid seadmeid paberimassist ekstraheerimiseks.

Tööstuses on üsna laialt levinud pakitud ekstraktorid (joonis 8), mis on disainilt sarnased täidisabsorberitega.

Riis. 8. Lisaseadmete ekstraktor: 1 - otsik; 2 - turustaja; 3 - settepaagid; 4 - veetihend; 5 - faasiliides.

Raschigi rõngaid kasutatakse sageli düüsina 1, aga ka muud tüüpi düüsidena. Pakend asetatakse tugivõredele sektsioonide kaupa, mille vahel faasid segatakse. Üks faasidest (ekstraktant joonisel 8) dispergeeritakse jaotusseadme 2 abil pideva faasi (alglahuse) voolus. Pakkimiskihis võivad tilgad mitu korda ühineda ja seejärel laguneda, mis suurendab protsessi efektiivsust. Düüsi materjali valik on väga oluline. Eelistatavalt peaks seda niisutama pidev faas, kuna see välistab tilkade soovimatu ühinemise ja düüsi pinnale kile moodustumise, mis viib faasikontaktpinna järsu vähenemiseni. Pange tähele, et keraamilisi ja portselanist otsikuid niisutab paremini vesifaas kui orgaaniline faas ning plastikust otsikut niisutab tavaliselt paremini orgaaniline faas. Faaside eraldamine täidetud kolonnides toimub setitustsoonides 3, mille diameeter on sageli suurem kui ekstraktori läbimõõt, et faasid paremini eraldada.

Mehaanilised ekstraktorid hõlmavad diferentsiaalseid kontakteemaldusi, mis varustavad kontaktfaasidega välist energiat.

Üks tehnikas levinumaid mehaanilisi väljatõmbeseadmeid on pöörleva kettaga ekstraktor. Pöörlevad ekstraktorid erinevad peamiselt segamisseadmete konstruktsiooni poolest. Nii et siledate ketaste asemel kasutatakse erinevat tüüpi segisteid, mõnikord täidetakse sektsioonid otsikuga jne. Pöörlevate ekstraktsioonide peamisteks eelisteks on massiülekande kõrge efektiivsus, madal tundlikkus tahkete lisandite faaside suhtes, võimalus luua suure ühikuvõimsusega seadmeid jne.

Samas on pöörlevatel ekstraktoritel tõsine puudus - nn mastaabiefekt, s.o. EEP märkimisväärne suurenemine aparaadi läbimõõdu suurenemisega. Selle nähtuse põhjuseks on kiirusvälja ebaühtlus piki aparaadi kõrgust ja ristlõiget, seisvate tsoonide moodustumine, möödasõit, mis aitavad kaasa pikisuunalise segunemise suurenemisele ja voolude ühtlase struktuuri katkemisele aparaadis.

Massiülekande protsessi efektiivsust ekstraheerimisel saab suurendada faaside pulseerimisega. Pulsatsiooniekstraktorites kasutatakse vedelikele pulsatsiooni andmiseks kahte peamist meetodit. Esimese meetodi kohaselt genereeritakse pulsatsioonid kolonni ekstraktoris hüdrauliliselt välise mehhanismi (pulsaatori) abil; teise kohaselt ühisele vardale paigaldatud perforeeritud plaatide vibratsiooni kaudu, mis allutatakse edasi-tagasi liikumisele.

Pulsatsioonide kasutamine ekstraktsiooniprotsessis soodustab vedeliku paremat hajumist, faasikontaktpinna intensiivset uuenemist ja dispergeeritud vedeliku ekstraktoris viibimise aja pikenemist. Tehnoloogias enimkasutatud on sõelaplaat ja pakitud pulsatsiooniekstraktorid.

Pulseeriv ekstraktor (joon. 9.) on kolonn, mille sõelalused on ilma harutorudeta pideva faasi voolamiseks. Kolonnis edastatakse spetsiaalse mehhanismi (pulsaatori) abil pulsatsioonid vedelikule - väikese amplituudiga (10-25 mm) ja teatud sagedusega vibratsioonid. Pulsaatorina kasutatakse kõige sagedamini klapita kolbpumpa, mis on ühendatud kolonni põhjaga (joonis 9, a) või kerge vedeliku toitetorustikuga (joonis 9, b). Vedelikule pulseerimisel toimub ühe faasi korduv peen dispersioon, mis põhjustab intensiivse massiülekande. Lisaks sõelaekstraktoritele kasutatakse ka täispulsatsioonikolonne.

Tõhusat meetodit ekstraheerimisprotsessi intensiivistamiseks vedeliku pulseerimise kaudu saab kasutada ka teist tüüpi ekstraheerimisseadmetes.

Pulsaatori mehhanismi usaldusväärseks eraldamiseks töökeskkonnast keemiliselt agressiivsete ja radioaktiivsete ainete töötlemisel kasutatakse membraani (joonis 9, c), lõõtsa (joonis 9, d) või pneumaatilist seadet (joonis 9, e). . Viimasel juhul asetatakse pulsaatori kolvi ja kolonni vahele õhupuhverkiht, mis vaheldumisi paisub ja tõmbub kokku, andes kolonnis olevale vedelikule vibratsiooni.

Riis. 9. Pulseeriva sõela ekstraktorid (A - raske faas, B - kerge faas): a - pulsaator on kinnitatud kolonni põhja; b - pulsaator on ühendatud torujuhtmega kerge vedeliku varustamiseks; c - pulsatsioonid edastatakse läbi membraani; d - pulsatsioonid edastatakse läbi lõõtsa; e - pulsatsioonid edastatakse läbi õhu puhverkihi (õhkpadi).

Pulsatsiooniekstraktorid on väga tõhusad, need võimaldavad ekstraheerida ilma, et operatiivpersonal puutuks kokku töödeldavate vedelikega, mis on väga oluline, kui vedelikud on radioaktiivsed või mürgised.

Maailmapraktikas kasutatakse kuni 3 m läbimõõduga sõelapulsatsioonikolonne ja kuni 2 m läbimõõduga pakitud kolonne.

Pulsatsioonikolonnide puudusteks on vundamendi suured dünaamilised koormused, suurenenud tegevuskulud ja kergesti emulgeeritavate süsteemide töötlemise raskused.

Arvutamise osa

Ülesanne 1. Vajaliku ekstraheerimiskulu arvutamine pidevalt töötavas “segaja-settija” tüüpi vastuvooluekstraktoris.

Määrata: ekstraktandi mahuline (V E, m 3 /s) ja mass (G, kg/s) kulu.

Koostame ekstraheerimismaterjali tasakaalu võrrandi:

Ekstraktandi mahulise voolukiiruse määramine:

3. Ekstraheerija massivoolu määramine:

Ülesanne 2. Vajaliku ekstraheerimisetappide arvu arvutamine molübdeeni ekstraheerimisel lahusest D2EHPA 0,3 M lahusega.

5. Ekstraheerimisetappide vajaliku teoreetilise arvu arvutamine:

Tulemus ümardatakse täisarvudeks.

(sammud)

Ülesanne 3. Me soola ekstraheerimise protsessi efektiivsuse arvutamine (“segaja-settija” tüüpi ekstraktoris).

Ekstraktandi mahuline voolukiirus
6 labaga turbiini segisti läbimõõt
Mikseri pöörlemiskiirus
Vesilahuse viskoossus
Ekstrakti viskoossus
Liideste pinge
Jaotuskoefitsient
Ekstrakti maht
Ekstraktandi viivitus ekstraktoris
Segaja toitefunktsioon
Ekstraktandi tihedus
Vesilahuse tihedus

Määrake: ekstraheerimise efektiivsus.

Segu tiheduse määramine:

Tilga läbimõõdu arvutamine:

m

Faasikontakti keskmise kestuse arvutamine:

Koos

Ekstraheerimise efektiivsuse arvutamine:

Kanalisatsioonitorude puhastamine

Reovee ekstraheerimispuhastuse näiteks on fenoolide puhastamine koksi-, põlevkivi- ja söetööstuses; aniliinist; äädikhappest; epiklorohüdriinist keemiatööstuses orgaaniliste lahustitega (benseen, eetrid ja estrid).

Fenoolreovee ekstraheerimisel kasutatakse ekstraheerivate ainetena butüülatsetaati, diisopropüüleetrit, benseeni jt. Fenooli ekstraheerimise efektiivsuse tõstmiseks tehakse ettepanek kasutada lahustite segusid: butüülatsetaati segatuna butüülalkoholiga, diisopropüüleetriga jne. , butüülatsetaati või butüülatsetaadi segu kasutatakse kõige sagedamini koos isobutüülatsetaadiga (fenosolvaan), millel on fenoolide suhtes kõrge ekstraheerimisvõime.

Käitised reovee ekstraheerimiseks fenoolidest puhastamiseks hõlmavad nelja sektsiooni: 1) fenoolreovee ettevalmistamine ekstraheerimiseks - vaikude eraldamine settimise ja filtreerimise teel, reovee jahutamine, lahustiaurude püüdmine ja vajadusel karboniseerimine; 2) kaevandamine; 3) ekstrakti regenereerimine veest; 4) lahusti regenereerimine ekstraktist ja kaubanduslike fenoolide tootmine.

Koksitehaste reovee ekstraheerimiseks võib kasutada erinevaid lahusteid (benseen, estrid, absorptsioonõli jne), kuid enim kasutatakse kivisöe koksimisel saadavat benseeni. Kuna benseeni jaotuskoefitsient fenooli suhtes on väike (20 °C juures umbes 2,2), kasutatakse benseeni märkimisväärsetes kogustes ja fenoolide kontsentratsioon ekstraktis on madal. Seetõttu ei kasutata benseeni regenereerimiseks mitte destilleerimismeetodeid, vaid absorptsioonimeetodit leelise vesilahusega (benseeni-fenolaadi meetod).

Benseen-fenolaadi puhastusmeetod sisaldab järgmisi etappe: 1) vee tõrva eemaldamine settimise, filtreerimise ja ringleva benseeniga pesemise teel; 2) fenoolide eraldamine reoveest benseeniga; 3) benseeni puhastamine selles lahustuvatest happelistest gaasidest leeliselise fenolaadi lahusega pesemise teel; 4) fenoolide ekstraheerimine benseenist leeliselise lahusega; 5) lahustunud benseeni eraldamine defenoliseeritud reoveest. Saadud fenolaatide lahused pärast eelnevat aurustamist saadetakse töötlemiseks.

Mõned koksitehased kasutavad ekstraktantidena butüülatsetaati, fenoolvaani, kivisöeõli jne.

Ekstraheerimismeetoditel reovee fenoolistamiseks on suured eelised: kõrge puhastamise efektiivsus, võime ekstraheerida mittelenduvaid fenoole jne.

Järeldus

Ekstraheerimisprotsessi peamiseks eeliseks võrreldes teiste vedelsegude eraldamise protsessidega (destilleerimine, aurustamine jne) on protsessi madal töötemperatuur, mis toimub kõige sagedamini normaalsel (toa)temperatuuril. Sel juhul ei ole vaja lahuse aurustamiseks soojust kulutada. Samal ajal põhjustab lisakomponendi - ekstraktandi - kasutamine ja selle regenereerimise vajadus seadmete mõningast keerukust ja ekstraheerimisprotsessi maksumuse suurenemist.

Lenduvate ainete ekstraheerimisel võib ekstraheerimine edukalt konkureerida rektifikatsiooniga juhtudel, kui rektifikatsiooniga eraldamine on kas keeruline ja mõnikord praktiliselt võimatu (lähedal keevatest komponentidest ja aseotroopsetest segudest koosnevate segude eraldamine) või on seotud liiga kõrgete kuludega (kahjulike lisandite eraldamine). või väärtuslikke aineid väga lahjendatud lahustest).

Ekstraheerimine on hädavajalik kõrgete temperatuuride suhtes tundlike ainete segude eraldamiseks, näiteks antibiootikumid, mis võivad rektifikatsiooni või aurustamise teel eraldamisel laguneda. Ekstraheerimise kasutamine võib sageli tõhusalt asendada selliseid protsesse nagu kõrge keemistemperatuuriga ainete eraldamine kõrgvaakumi abil, näiteks molekulaarne destilleerimine, või segude eraldamine fraktsioneeriva kristallimise teel.

Ekstraheerimise kasutamine anorgaaniliste ainete segude eraldamiseks, kui muud eraldusmeetodid ei ole rakendatavad, on väga paljutõotav. Vedeliku ekstraheerimise protsesse kasutatakse praegu edukalt tuumkütuse töötlemiseks, tsirkooniumi ja hafniumi ning paljude teiste haruldaste metallide saamiseks. Ekstraheerimise abil on võimalik saada kõrge puhtusastmega värvilisi ja väärismetalle.

Mõnel juhul saavutatakse märkimisväärne mõju ekstraheerimise kombineerimisel teiste eraldamisprotsessidega. Selliste kombineeritud protsesside näideteks on madala keemistemperatuuriga ja aseotroopsete segude eraldamine ekstraheeriva rektifikatsiooni abil, lahjendatud lahuste eelkontsentreerimine ekstraheerimisega enne aurustamist ja rektifikatsioon, mis viiakse läbi väiksema soojuskuluga.

Bibliograafia

1. Einstein V.G. Keemiatehnoloogia protsesside ja aparatuuri üldkursus. - M.: Keemia, 2002 - 1758 lk.

Dytnersky Yu.I. Keemiatehnoloogia protsessid ja seadmed. 2. osa. - M.: Keemia, 2002 - 368 lk.

Zyulkovsky Z. Vedeliku ekstraheerimine keemiatööstuses. - L.; Riiklik Keemiakirjastus, 1963 – 479 lk.

Karpatševa S.M., Zahharov E.I. Pulseerivad ekstraktorid. - M.: Atomizdat, 1964 - 299 lk.

Kasatkin A.G. Keemiatehnoloogia põhiprotsessid ja aparaadid. - M.: Keemia, 1973 - 750 lk.

Leonov S.B. Hüdrometallurgia. Osa 2. Metallide eraldamine lahendustest ja keskkonnaprobleemidest. - 2000 - 491 lk.

Meretukov M.A. Vedeliku ekstraheerimise ja ioonivahetuse sorptsiooni protsessid värvilises metallurgias. - M.: Metallurgia, 1978 - 120 lk.

Planovsky A.N., Ramm V.M. Keemiatehnoloogia protsessid ja seadmed. - M., Keemiakirjastus, 1966 - 848 lk.

Proskuryakov V.A. Shmidt L.I. Reoveepuhastus keemiatööstuses. - L. Keemia, 1977 - 464 lk.

Yagodin G.A., Kagan S.Z. Vedelik-vedelik ekstraheerimise alused. - M.: Keemia, 1981 - 400 lk.

Töö eesmärk: Reovee kaevandamise protsesside ja aparatuuri arvutamise oskuste omandamine.

Sissejuhatav osa.

Ekstraheerimine on komponendi selektiivne ekstraheerimine vedelikust (rafineeritud suhkur), kasutades vedelat lahustit (ekstraktant). Saasteainega rikastatud faasi nimetatakse enne kokkupuudet ekstraktandiks ja pärast kokkupuudet ekstraktiks.

Ekstraheerimisprotsessi üheks tingimuseks on vastastikune lahustumatus ja faaside (rafineeritud suhkur ja ekstraheerija) tiheduste piisav erinevus.

Vedeliku ekstraheerimine koosneb mitmest tehnoloogilisest toimingust:

puhastatava vedeliku kokkupuude ekstraktandiga;

Komponendi ülekandmine ühest faasist teise;

Faasi eraldamine;

Ekstraktandi regenereerimine.

Ekstraktorid võivad olla horisontaalsed ja vertikaalsed, pidevad ja perioodilised, üheastmelised ja mitmeastmelised, ristvoolu- ja vastuvooluga, mehaanilise energia etteandega (faasikontaktiks) ja ilma mehaanilise energia tarnimiseta jne.

Lihtsaim ekstraktori tüüp on pideva faasikontaktiga vertikaalne pihustuskolonn (joonis 2.1). Heitvesi juhitakse ülalt õõnsasse vertikaalsesse silindrilisse kolonni ja altpoolt pihustatakse dispergeeriva ainega (tilkade kujul) ekstraktanti, mille tihedus on väiksem kui vee tihedus. Faaside vastuvoolu liikumine on tagatud gravitatsiooniga, s.o. faasitiheduse erinevus (liikuv jõud). Saadud tilgad läbivad tööala, eraldavad saasteaine ja kogutakse ülemisse settepaaki.

Kerge faasi eemaldamine ülemisest settimistsoonist raskusi ei tekita, liigne vedelik tühjendatakse läbi toru. Raske faasi eemaldamine nõuab spetsiaalset reguleerimist, vastasel juhul võib kogu vedelik põhjast välja valguda. Lihtsaim seade on Firenze anum, mille tööpõhimõte põhineb kergete ja raskete faaside voolude kaudu väljutatavate vedelike kolonnide (ühendusanumate) tasakaalustamisel.

Nõuded ekstraheerijale:

Minimaalne vastastikune lahustuvus rafineeritud suhkruga;

Kõrge selektiivsus;

Kõrge jaotuskoefitsient ja suur võimsus;

Piisav tiheduse erinevus võrreldes rafineeritud suhkruga;

Kättesaadavus, madal hind, regenereerimise lihtsus;

Mittetoksiline, plahvatuskindel, minimaalselt söövitav.

Ekstraheerimine on efektiivne, kui tööstusreovees on kõrge tehnilise väärtusega lahustunud orgaaniliste ainete sisaldus. Seda kasutatakse kõige laialdasemalt ettevõtete reovee puhastamiseks märkimisväärses koguses fenoole sisaldavate tahkete kütuste (kivisüsi, põlevkivi, turvas) termiliseks töötlemiseks.

Arvutusmeetod

1. Ekstraheerimise tegur:

kus Cin ja Cout on saasteaine sisend- ja nõutav väljund (MPC) kontsentratsioonid reovees.

2. Ekstraktandi mahuline voolukiirus:

, m 3 / h, (2,2)

kus Q SW on reovee voolukiirus, m 3 /h;

m - jaotuskoefitsient.

3. Ekstraheeritud aine kontsentratsioon ekstraktis (algse puhta ekstraktandiga):

, mg/l. (2.3)

4. Nõutav ekstraheerimisaste:

. (2.4)

5. Seadme ristlõige:

, m 2 , (2,5)

kus w on voolukiirus, m/s. Arvutustes w=0,02 m/s.

6. Kolonni läbimõõt:

, m (2,6)

7. Veeru kõrgus: H=(5-7)D, m (2,7)

8. TF väljalaskeava kõrgus (ühendavate anumate võrrandist):

, m, (2,8)

Kus Ja – LF ja TF (vee) tihedus, =1000 kg/m3;

Ja – LF ja TF kõrgused (joonis 2.1). Selle aktsepteerimine
, saate määrata või (Näiteks, =H/7) ja arvutage TF väljundi kõrgus.

Tabel 2.1 – Algandmed (valikud).