ПРЕДАВАЊЕ 16

ЕКСТРАЦИЈА

16.1. ЕКСТРАКЦИЈА ВО СИСТЕМОТ ТЕЧНО-ТЕЧНИ

16.1.1. ГЕНЕРАЛНИ ИНФОРМАЦИИ

Екстракција во течен систем - течносте процес на екстракција на растворена супстанција или супстанции од течност со помош на посебна друга течност која не се раствора или речиси не се раствора во првата, туку ги раствора извлечените компоненти.

Шематски дијаграм на екстракција е прикажан на сл. 16.1.1.

Антибиотик" href="/text/category/antibiotik/" rel="bookmark">антибиотици кои се распаѓаат на покачени температури.

Во многу случаи, екстракцијата се користи во комбинација со исправување. Бидејќи потрошувачката на топлина за исправување се намалува со зголемување на концентрацијата на почетниот раствор, прелиминарната концентрација на растворот со екстракција овозможува да се намали потрошувачката на топлина за одвојување на почетната смеса.

16.1.2. Рамнотежа ВО ТЕЧНО-ТЕЧНИОТ СИСТЕМ

Преминот на дистрибуираната супстанција од една течна фаза (почетен раствор) во друга (екстрактант) се случува додека не се воспостави рамнотежа, т.е. додека не се изедначат хемиските потенцијали во фазите. Процесот вклучува три компоненти (K=3) и две фази (F=2). Според фазното правило, варијацијата на системот е F=3 . Сепак, температурата и притисокот за време на процесот на екстракција обично се одржуваат константни. Тогаш варијацијата на системот за екстракција ќе биде еднаква на една.

Следствено, дадена концентрација на дистрибуирана супстанција во една фаза во состојба на рамнотежа одговара на одредена концентрација во друга.

Рамнотежата во процесите на екстракција се карактеризира со коефициентот на дистрибуција φ, кој е еднаков на односот на рамнотежните концентрации на екстрахираната супстанција во двете течни фази - во екстрактот и рафинатот.

Во наједноставните системи, разредените раствори се доволни, почитувајќи го законот Бертело - Нернст при константна температура, коефициентот на дистрибуција не зависи од концентрацијата на дистрибуираната супстанција и φ = ur/x,Каде ur, x- рамнотежни концентрации на дистрибуираната супстанција во екстрактот и рафинатот. Во овој случај, линијата на рамнотежа е права:

DIV_ADBLOCK7">

Коефициентот на дистрибуција, по правило, во индустриските системи се одредува експериментално.

Ако сметаме дека двете течни фази се нерастворливи една во друга, тогаш секоја фаза ќе биде двокомпонентен раствор. Во овој случај, процесот на екстракција, по аналогија со другите процеси на пренос на маса, може да се прикаже во координати y- x.

Ако течните фази се делумно меѓусебно растворливи, секоја од нив ќе биде трикомпонентен раствор при екстракција. Составите на трикомпонентните мешавини се претставени во триаголен координатен систем (сл. 16.1.2).

DIV_ADBLOCK8">

При отстранување на супстанцијата што треба да се дистрибуира Мод смеса На точките што одговараат на добиените композиции ќе лежат на права линија РМ,и колку повеќе растворот е разреден, толку е поблиску до страната на триаголникот Л.Е..

Материјална рамнотежа" href="/text/category/balans_materialmznij/" rel="bookmark">материјална рамнотежа

Р+E=Н,

Каде: Р, Е, Н- маса на рафинат, екстракт, почетна смеса, соодветно, кг.

Според правилата за потпора што ги имаме

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

Ориз. 16.1.4. Рамнотежна линија во дијаграм на триаголник

Состави на хомогени двокомпонентни раствори МИ ЛИ МИ Есе карактеризира со точки на страните на дијаграмот Л.М.И ЈАДЕТЕ.Растворувачи ЛИ Еформираат хомогени раствори само на мали површини ЛРИ ЕЕ.Мешавина на растворувачи на лице место РЕсе издвојува на два хомогени двокомпонентни заситени раствори Р(заситен раствор ЕВ Л) И Е(заситен раствор ЛВ Д).Покрај тоа, количината на заситени раствори во секој од двата слоја се одредува според положбата на точката Ни се наоѓа според правилото на лостот [(види равенка (16.1.2)].

При додавање на супстанција Мво смесата на составот Нсе формира тројна мешавина од составот што се карактеризира со точка Н1 лежејќи на права линија Н.М.. Мешавина на составот https://pandia.ru/text/78/416/images/image009_88.gif" width="92" height="23 src=">. Со дополнително додавање на дистрибуираната супстанција во смесата М2 , М3 , ...добиваме тројни мешавини на композиции Н2 , Н3 ..., кои исто така се одвојуваат во фази со рамнотежни состави R2 и E2, R3 и Е3итн. Истовремено, масените соодноси на рамнотежните стапки на проток исто така се менуваат до моментот кога една од фазите исчезнува во случајот што се разгледува со составот N4. По ова, при додавање на супстанцијата што треба да се дистрибуира Мсе формираат хомогени тројни раствори на составот Н5 итн. Ако се поврзете Р 1 и Е1, R2 и Е2... користејќи прави линии, добиваме рамнотежни акорди Р1 Е1,Р2 Е2,..., што одговара на составите на рамнотежа. Рамнотежните акорди се спојуваат во една точка ДО,наречен критичен. Наклонот на рамнотежната акорд се одредува според природата на компонентите и составот на фазите. Поврзување на точките што ги карактеризираат составите на рамнотежа Р, Р1 Р2 , ... и Е, Е1 Е2, ..., мазна крива, добиваме рамнотежна крива (бинодална крива). Филијала РКрамнотежната крива ги карактеризира рамнотежните состави на фазата на растворувач Л, и гранката ЕЗ- рамнотежни состави на фазата на растворувач Е.

Бинодалната крива во триаголниот дијаграм ги разграничува областите што одговараат на двофазни мешавини (под бинодната крива) и еднофазни раствори (надвор од бинодната крива).

Прикажано на Сл. 16.1.4 дијаграмот за рамнотежа е направен за константна температура и се нарекува изотерма.

Во пракса, треба да се справиме со компоненти кои имаат делумна растворливост во одредени опсези на концентрации. Според однесувањето на компонентите, триаголните дијаграми доаѓаат со две и три зони со ограничена растворливост.

Температурата, исто така, влијае на рамнотежата на системот. Меѓусебната растворливост на компонентите, како по правило, се зголемува со зголемување на температурата, затоа, опсегот на постоење на хетерогени системи се намалува. Со зголемување на температурата, бинодалната крива на Сл. 16.1.4 ќе се приближи до оската Л.Е., додека површината под линијата РКЕќе се намали.

16.1.3. МАСОВЕН ПРЕНОС ЗА ВРЕМЕ НА ЕКСТРАКЦИЈАТА

Кинетичките закони на процесот на екстракција се одредуваат со основните закони за пренос на маса.

За да се зголеми површината на фазен контакт, една од фазите се дисперзира во форма на капки во друга континуирана фаза. Површината на фазниот контакт се определува со задржување на дисперзираната фаза во екстракторот и просечниот површински волуменски дијаметар на капките. Дистрибуираната супстанција дифузира од континуираната фаза до површината на капките, а потоа во капката, или, обратно, од капката преку фазниот интерфејс во континуираната фаза.

Трансферот на масата внатре во капките се врши со молекуларна и конвективна дифузија. Конвекцијата внатре во капките се јавува поради циркулацијата на течноста. Обликот и големината на капките се менуваат многу пати во текот на процесот на екстракција поради дисперзија и спојување. Во овој случај, површината на меѓусебниот контакт се обновува.

Вториот закон на Фик се користи за опишување на пренос на маса во процесите на екстракција.

Во општиот случај, кога отпорот на дифузија во континуираните и дисперзираните фази не може да се занемари, коефициентот на пренос на маса се одредува со изразите

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">. Тогаш основната равенка за пренос на маса ќе се препише на следниов начин:

Ако главниот отпор на дифузија е концентриран во дисперзираната фаза, т.е.gif" width="113" height="25 src=">.

Коефициентите на пренос на маса во фази се пресметуваат со помош на критериумски равенки, кои се добиваат врз основа на експериментални податоци. Критериумските равенки се дадени подолу кога се опишуваат дизајни на екстрактори.

Просечната движечка сила се пресметува земајќи го предвид факторот на транзиција на скалата и внесувајќи ја неговата вредност во пресметковните равенки.

16.1.4. ДИЈАГРАМИ И ПРЕСМЕТКИ НА ПРОЦЕСИТЕ НА ЕКСТРАКЦИЈА

Во индустријата, периодично или континуирано извлекување се користи според следните шеми: едностепена, повеќестепена контраструја и повеќестепена со вкрстена струја.

Едностепена екстракцијасе користи во случаи кога коефициентот на раздвојување е висок. Може да се врши периодично и континуирано според шемата прикажана на сл. 16.1.5, а. Почетното решение се вчитува во апаратот за миксер Фво количина Л kg концентрација на растворувач Хни екстрактор Е,кои се мешаат со мешалка и потоа се делат на два слоја: екстракт Еи рафинирај Р.

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

Верувајќи во тоа y=φxи модул за екстракција м= Е/ Л, ги добиваме концентрациите на рафинат

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

Во исто време, степенот на екстракција

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

Да го разгледаме процесот на едностепено извлекување на триаголни и правоаголни дијаграми (Сл. 16.1.5, б, в). Кога почетниот раствор се меша со екстрактот, се формира тројна смеса, чиј состав се карактеризира со точка Н, се наоѓа на линијата за мешање Ф.Е.. По стратификацијата на оваа смеса, се формира екстракт и рафинат, чии состави се одредуваат според точките РИ Е, лежејќи на рамнотежната акорд која минува низ точката Н. Модулот за екстракција се одредува според правилото на лостот: Е/ Ф= FN/(МК)

Количина на рафинирање Р= https://pandia.ru/text/78/416/images/image032_34.gif" width="79" height="24">.

Составот на рафинатот се одредува според точката РК, а извадокот е точката Ек на страната на триаголникот Л.М..

Екстремните вредности на модулите за екстракција ги одредуваат точките Н1 И Н2 на бинодалната крива: И .

Кога првичниот раствор и екстрактот се меѓусебно нерастворливи на дијаграмот на-Xпроцесот на екстракција е претставен со права линија АБ, за конструирање од точка хннацртајте линија под агол DIV_ADBLOCK13">

Модул за екстракција за добивање рафинат со дадена концентрација hk

Колку е поголем модулот на екстрактот, толку е помала тангентата на аголот на наклон и концентрацијата на извлечената компонента во рафинатот и екстрактот : И . Меѓутоа, како што се зголемува модулот на екстракторот, се зголемува и цената на неговата регенерација. Оптималните вредности на факторот на екстракција се 1,2< mφ <2.

Екстракција со повеќе фазисе изведува во повеќеделни екстрактори или единици за екстракција, во кои секоја единица претставува независна инсталација. Екстракцијата во повеќе фази може да се изведе со контраструја на екстрактивот, со вкрстен проток на оригиналниот раствор и екстракторот, или комбиниран метод во присуство на неколку екстрактори.

Екстракцијата со контраструја може да се изврши според различни шеми. На пример, кај аспираторите со спреј, пакети и плочи, составот на двете фази постојано се менува по должината на апаратот и кај другите екстрактори или инсталации, составот на двете или на едната фаза се менува нагло кога се движите од дел до дел.

Во повеќеделни контраструјни инсталации (сл. 16.1.6, а) почетното решение Фи екстрактор Едоаѓаат од спротивните краеви на инсталацијата. Екстракт со концентрација на екстрахираната компонента блиску до сатурација во интеракција во првата фаза со почетниот раствор Фконцентрација хн.По одвојувањето на тројната смеса во првата фаза, екстракт со концентрација од = yДои концентрација на рафинат x1 . Рафинат состав x1во втората фаза влегува во интеракција со екстрактот од составот Е3. По раздвојувањето се добива рафинат од составот Р2 и екстракт од составот Е2.Во последната n-та фаза, рафинатот се исцрпува во извлечената компонента Rn-1 концентрацијата е во интеракција со свеж екстракт Еконцентрација DIV_ADBLOCK14">

Дозволете ни да го прикажеме процесот на повеќестепено извлекување на контраструја во дијаграм на- X(Сл. 16.1.6, б). За да го направите ова, ајде да создадеме равенка за работната линија на процесот.

Ја запишуваме материјалната рамнотежа за целата инсталација за извлечената компонента, занемарувајќи ја меѓусебната растворливост на растворот и екстрактот, во концентрации на 1 kg екстракт:

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=">

што е равенка на права линија со тангента на наклон

https://pandia.ru/text/78/416/images/image047_21.gif" width="57" height="24"> и до точка.

Позицијата на кинетичката линија се определува со коефициентот на екстракција и хидродинамичката ситуација во апаратот.

Процесот на триаголен дијаграм е прикажан на сл. 16.1.6 В.

Во првиот дел од инсталацијата за екстракција, на протокот на почетното решение на второто Фе во интеракција со екстрактот од претходната втора фаза Е2со формирање на тројна точкаста смеса Н1 , по чие одвојување се добива екстракт во сепаратор Е1и рафинирај Rlво општиот случај на нерамнотежен состав.

Во втората фаза, рафинирајте Rlе во интеракција со екстрактот од третата фаза Е3, формирајќи тројна смеса Н2 , која е поделена на Р2 и Е2.

Со поврзување на две точки што одговараат на фазните состави на влезот и излезот на секој дел со линии ФЕ1,РЕ2,Р2 Е3итн и продолжувајќи ги, ја добиваме пресечната точка Р.

Слични процеси се случуваат во преостанатите делови од екстракторот. Како резултат на тоа, почетниот раствор се исцрпува во извлечената компонента и ја напушта втората n-тиконцентрациони делови хк,а екстрактот е заситен со компонентата до крајната концентрација Велика Британија.

Екстракцијата со екстракт со вкрстен проток може да се врши во неколку делови континуирано (сл. 16.1.7 , А)или периодично во еден дел (сл. 16.1.7 , б).

Кога процесот се спроведува континуирано, првичното решение Фсе воведува во првиот дел, во кој се обработува со екстракт Е,по раздвојувањето се добива рафинатот Р1 и екстракт . Рафинирај Р1 се внесува во вториот дел, во кој повторно се обработува со свеж екстракт Е.Извадоци Е1И Е2се отстранети од инсталацијата, а составот на рафинатот Р2 влегува во следниот дел, каде што процесот се повторува повторно. Како резултат на тоа, се добива рафинат од даден состав Rnи екстракт од променлив состав Е1, Е2,..., Еп.

DIV_ADBLOCK16">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image035_26.gif" width="16" height="15 src=">, чија тангента се одредува со модулот за екстракција.

Повеќестепеното екстракција на контраструја е поефикасен процес од екстракцијата со вкрстен тек. Со вадење против струја се постигнува поголема просечна движечка сила на процесот Поради изедначување на движечката сила на почетокот и крајот на инсталацијата, доаѓа до поцелосно извлекување на компонентата од растворот, додека модулот за извлекување се намалува. во споредба со екстракција во вкрстен проток, но потребниот број на контактни фази за да се постигне истиот степен на прочистување.

16.1.5. ДИЗАЈНИ И ПРЕСМЕТКИ НА ЕКСТРАКТОРИ

Ефикасноста на пренос на маса во процесите на екстракција е пропорционална на површината на површината за пренос на маса и просечната движечка сила на процесот. Со цел да се зголеми површината за пренос на маса во екстракторите, едната од течните фази се дисперзира и се дистрибуира во другата во форма на капки. Процесот на пренос на маса се јавува помеѓу дисперзијата и континуираните фази. За да се спроведе процесот со најголема движечка сила, интеракцијата на тековите е организирана во екстракторите под услови кои се приближуваат до идеалното поместување. Ова се постигнува со спроведување на процесот во тенок слој во пакувани, центрифугални екстрактори, со пресекување на екстракторите или со користење на повеќестепени пресечни единици за екстракција.

Според принципот на организација на процесот, екстракторите можат да бидат или континуирани или периодични.

Во зависност од начинот на фазен контакт, екстракторите можат да се поделат во три групи: чекор или пресек, диференцијален контакт и мешање и таложење.

Степени (пресечни) екстракторисе состојат од посебни делови во кои промената на концентрацијата во фазите се случува нагло. Во голем број случаи, секој дел се приближува до полето на концентрација на идеален апарат за мешање. Екстрактор, кој се состои од неколку такви делови, се приближува до идеален апарат за поместување во однос на полето на концентрацијата.

Потребата за раздвојување на фази по секој дел за екстракција во случај на лошо одвоени емулзии може да доведе до значително зголемување на големината на екстракторот.

Диференцијални контактни екстракториобезбедуваат континуиран контакт помеѓу фазите и непречена континуирана промена на концентрациите во фазите. Поради надолжното мешање на фазите кај таквите уреди, може да има значително намалување на просечната движечка сила во споредба со уредите за идеално поместување.

Потребна е енергија за растурање на течната фаза. Во зависност од видот на потрошената енергија, екстракторите можат да бидат без или со надворешно снабдување со енергија. Надворешната енергија може да се внесе во фазите на интеракција со мешање на уреди, вибратори и пулсатори, на пример во екстрактори за пулсирање на вибрации, во форма на центрифугална сила во центрифугални екстрактори, кинетичка енергија на млазот при вбризгување и извлекувачи на ејектори.

Мешање и таложење на екстракторисе состојат од неколку фази, од кои секоја вклучува миксер и сепаратор. Во миксер, поради снабдувањето со надворешна енергија, една од течните фази се дисперзира за да се формира дисперзивна фаза, која се дистрибуира во другата, континуираната фаза. Дисперзираната фаза може да биде или лесна или тешка фаза.

Во сепараторот, кој е резервоар за таложење, и во современите инсталации сепаратор, емулзијата се одвојува на рафинат и екстракт. Дијаграмот на наједноставниот екстрактор за мешање и таложење е прикажан на сл. 16.1.9.

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

Ориз. 16.1.10. Диск екстрактор:

1 – цилиндрично тело; 2 – уред за прелевање; 3 – чинии со сито

Дисперзираната фаза (лесна или тешка) поминува низ дупките на плочите и се дроби во капки. Континуираната фаза се движи по плочата од прелевање до прелевање. Капките на плочите се спојуваат и формираат континуиран слој на течност над плочата (тешка течност) или под плочата (лесна течност). Слојот за поддршка го пресекува аспираторот во висина и обезбедува поддршка за расфрлање на течноста низ дупките на плочите. Пресекувањето на екстракторот го намалува повторното мешање на фазите и доведува до зголемување на просечната движечка сила на процесот.

Брзината на дисперзираната фаза во дупките на плочата се одредува од условите за создавање на режимот на млаз. Критичната брзина што одговара на преминот од режимот капка по капка во режимот на млаз зависи од дијаметарот на дупките:

vДостр=4,4/ г0 .

За ракување со екстракторот во стабилен режим на млаз, брзината се зголемува за приближно 20% во споредба со критичната.

За да се одредат коефициентите на пренос на маса во дисперзираната фаза, можеме да го препорачаме изразот

https://pandia.ru/text/78/416/images/image057_24.gif" width="116" height="25 src="> - Нуселт број на дифузија (тука (βd - коефициент на пренос на маса во дисперзирана фаза; гух- еквивалентен дијаметар на капка; Dd - коефициент на дифузија во дисперзирана фаза); е Рејнолдсовиот критериум за пад (тука е релативната брзина на падот во континуираната фаза; vc е кинематска вискозност на континуираната фаза); - Критериум за дифузија на Прандтл за дисперзирана фаза (тука v- кинематска вискозност на дисперзираната фаза).

Ротирачки диск екстрактор(Сл. 16.1.11) се однесува на екстрактори со механичко мешање на фази. Тоа е вертикален повеќесечен апарат, во цилиндрично тело од кое по оската е инсталиран ротор со тркалезни хоризонтални дискови. Дисковите се вртат во средната рамнина на делот за извлекување и се одделени со прстенести прегради, што го спречува надолжното мешање на тековите и помага да се зголеми движечката сила на процесот. Кога роторот се ротира, дисковите создаваат аксијални текови на континуираната фаза насочени од оската на роторот до ѕидовите на екстракторот.

DIV_ADBLOCK20">

Дијаметар на дискот на роторот Дпе 0,5...0,7 од дијаметарот на екстракторот, а дијаметарот на дупките во прстенестите прегради Д =(0,6...0,8) Дух(Каде Дух- дијаметар на екстрактор), висина на пресек Х=(0,15...0,3) Дух.

Во други дизајни, миксери со отворени турбини се наоѓаат на роторот во средната рамнина на секој дел. Пресекувањето се постигнува со помош на прстенести партиции. Во таквите екстрактори, зоните за мешање и одвојување наизменично се менуваат.

Наместо прстенести прегради, зоните за мешање може да се одвојат со слој на пакување, на пример прстени Рашиг, во кои тројната смеса се дели на лесна и тешка течност. На сл. Слика 16.1.12 покажува екстрактор со турбински мешалки и зони на таложење исполнети со Raschig прстени.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image063_17.gif" width="157" height="27 src=">што одредува високи коефициенти на пренос на маса и површина на меѓуфазен контакт; поделба на волуменот на реакцијата во делови, што доведува до зголемување на просечната движечка сила до вредности блиски до оние за идеален апарат за поместување, способност за регулирање на брзината на роторот, што ви овозможува да ја промените продуктивноста и ефикасноста на екстракторот;

За пресметување и моделирање на ротационите екстрактори, потребно е да се знае големината на формираните капки, времетраењето на задржувањето на дисперзираната фаза во екстракторот, коефициентите на пренос на маса, максималното оптоварување на екстракторот за континуираните и дисперзираните фази, надолжната и попречно мешање на фазите.

Ако отпорот на дифузија е концентриран во континуирана фаза, тогаш коефициентот на пренос на маса може да се одреди од равенката

https://pandia.ru/text/78/416/images/image065_18.gif" width="116" height="25 src="> - Нуселт дифузен критериум; βс- коефициент на пренос на маса во континуирана фаза; https://pandia.ru/text/78/416/images/image067_19.gif" width="119" height="25 src="> (16.1.11)

каде што: A = 6,58 и 17,9, соодветно, за стационарни капки и за капки со внатрешна циркулација, т.е. βd е обратно пропорционален на просечниот волуменски дијаметар на падот.

За капки со внатрешна циркулација на течност

DIV_ADBLOCK22">

DIV_ADBLOCK23">

Големината на дупките во плочите за вадење е 3...5 mm, површината на сите дупки се претпоставува дека е еднаква на 20...25% од површината на пресекот на столбот; растојанието помеѓу плочите е 50 mm.

Подобра дистрибуција и дисперзија се постигнуваат на послужавници со правоаголни отвори и водилки.

Кај вибрирачките екстрактори, вибрациите на блокот на плочата се јавуваат на повисоки фреквенции и пониски амплитуди од пулсирањето на течноста во пулсирачките екстрактори. Потрошувачката на енергија за вибрации на блок плочи е многу помала отколку кај пулсирачките екстрактори за движење на целата колона течност.

Предноста на екстракторите за пулсирање и вибрации е ефективниот пренос на маса, кој се постигнува со зголемување на коефициентите на пренос на маса, просечната движечка сила на процесот и развиената фазна контактна површина. VETS кај ваквите екстрактори е 5...6 пати понизок отколку кај аспираторите со плочести сито.

Високите специфични оптоварувања ги надминуваат дозволените оптоварувања во извлекувачите на ротирачки дискови.

Високата ефикасност на пренос на маса овозможи значително да се намали потрошувачката на метал на опремата за екстракција, што доведе до намалување на капиталните трошоци.

Во исто време, пулсирачките и вибрационите аспиратори бараат помоќни основи кои можат да издржат значителни динамички оптоварувања. Оперативните трошоци за таквите екстрактори се малку повисоки отколку за конвенционалните извлекувачи на дискови.

Во центрифугалните екстрактори (сл. 16.1.14), екстракцијата се случува со континуиран контакт на фази кои се движат во контраструја со минимално време на интеракција.

Во телото на машината, кое се состои од две куќишта: горна и долна, има вратило со ротор прикачен на него. Оската е шуплива на двата краја и е од типот „pipe-in-pipe“, а во централниот дел е цврста, со канали за одведување на лесна течност. Оската заедно со роторот ротира со фреквенција од околу 4500 мин-1.

Растворот што се обработува и екстракторот влегуваат во екстракторот од спротивните краеви на шупливото вратило, како што е прикажано на сл. 16.1.14. Лесна течност се испорачува од погонската страна, а тешката течност се снабдува од спротивниот крај на вратилото. Оската е запечатена со помош на двојни механички заптивки. Заптивната течност е течноста што се обработува во екстракторот.

Внатре во роторот има пакет од концентрични прстени во форма на V. Роторот има канали за минување на лесни и тешки течности. Тешката течност влегува во пакетот на роторот, во неговиот централен дел, додека лесната течност влегува во периферниот дел на роторот. Кога роторот се ротира заедно со пакетот со прстен, тешката течност, под влијание на центрифугалната сила, брза кон надворешниот периметар на роторот, а лесната течност се движи кон вратилото на роторот. Така, течностите доаѓаат во контакт на контраструен начин. Поради повеќекратна дисперзија на течноста во капки и спојување на капките, се постигнува висока ефикасност на екстракција.

Откако ќе се одвои тројната смеса, течностите се испуштаат преку каналите во роторот во шупливото вратило: тешката течност се испушта од погонската страна, а лесната течност се испушта од спротивниот крај на вратилото, од влезната страна на тешката течност.

Фазната инверзија се јавува во внатрешноста на роторот. Ако во периферниот дел на роторот дисперзираната фаза на лесна течност е во интеракција со континуираната фаза на тешка течност, тогаш во областа во непосредна близина на оската на роторот, напротив, дисперзираната фаза на тешка течност доаѓа во контакт со континуирана фаза на лесна течност.

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

Ориз. 16.1.15. Шема на единица за континуирано извлекување :

1,2 - пумпи ; 3,4,5,6 - контејнери ; 5 - екстрактор

Перформансите на екстракторите се одредуваат од максималното оптоварување кое одговара на „поплавувањето“ на екстракторот. На точката „поплавување“, оптоварувањето се пресметува врз основа на максималниот капацитет за задржување на апаратот и карактеристичната брзина на капките, еднаква на просечната брзина на таложење на капките во стационарната континуирана фаза.

Да ја искористиме равенката Торнтон-Прат

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

и пронајдете го капацитетот за држење на екстракторот

https://pandia.ru/text/78/416/images/image078_15.gif" width="41" height="24">. Карактеристична брзина на паѓање v0 определени со соодветните равенки за секој тип на екстрактор.

Работната брзина на континуираната фаза се зема за 20...40% под границата:

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

Каде: чСоИч d е висината на преносните единици во континуираната и дисперзираната фаза, соодветно; - фактор на екстракција.

Вредности чСоИч d се одредува во зависност од вредноста на коефициентите на пренос на маса:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image083_12.gif" width="17" height="24 src="> и чг - коефициенти на пренос на маса во континуираните и дисперзираните фази, соодветно, kmol/(m2*s*kmol/kmol); - специфична површина, m2/m3.

Вредностите на βc, βD и се пресметуваат со помош на критериумски и емпириски равенки добиени за екстрактори од одреден тип. На пример, за пакувани и плочести екстрактори со фиоки за сито, равенката може да се користи за да се пресмета коефициентот на пренос на маса во дисперзираната фаза

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

Коефициентите на пренос на маса во континуираната фаза може приближно да се одредат со равенката

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" width="26" height="31 src=">.gif" width="16" height="17 src=">c - густина на континуираната фаза, kg/m3; μс - динамичка вискозност на континуираната фаза, Pa s); Рrc=µs/s DC- Прандтл критериум за континуирана фаза (тука DC- коефициент на дифузија во континуирана фаза, m2/s).

За екстрактори со ротирачки диск, коефициентот на пренос на маса во дисперзираната фаза се одредува со равенката (16.1.12), а во континуираната фаза со (16.1.10).

Во случај кога нема податоци за коефициентите на пренос на маса или висината на преносните единици EEP, висината на екстракторот се пресметува со одредување на бројот на теоретски чекори на промена на концентрацијата.

Контролни прашања

1. Која е суштината на процесот на екстракција? Кои компоненти се вклучени во процесот на екстракција? 2. Кои фактори ја одредуваат рамнотежата за време на процесот на екстракција? Од што зависи коефициентот на дистрибуција? 3. Под кои услови рамнотежата во процесот на екстракција се опишува со права линија? 4. Кои дијаграми ги прикажуваат процесите на екстракција? 5. Во кои случаи може да се прикаже процесот на екстракција на правоаголен дијаграм y-x на дијаграмот y-x 8 Како е прикажан процесот на вадење против струја на триаголен дијаграм и во y-x координати пресметајте го коефициентот на пренос на маса во општи и посебни случаи Кои се предностите на аспираторите со мешачки уреди во однос на гравитационите 13. Кои се предностите на центрифугалните екстрактори? 14. Која е кинетичката пресметка на аспираторите?

16.2. ЕКСТРАКЦИЈА ВО СИСТЕМ НА ЦВРСТО ТЕЛО-ТЕЧНОСТ

16.2.1. ГЕНЕРАЛНИ ИНФОРМАЦИИ

Исцедување(посебен случај на екстракција) е екстракција на една или повеќе супстанции од цврсто тело со помош на растворувач со селективна способност.

Во прехранбената индустрија, капиларно-порозните тела од растително или животинско потекло се третираат со лужење.

Се користат следните растворувачи: вода - за вадење шеќер од цвекло, кафе, цикорија, чај; мешавина на алкохол и вода-алкохол - за добивање на инфузии во алкохолен пијалок и производство на пиво без алкохол; бензин, трихлоретилен, дихлороетан - во екстракција на масло и производство на есенцијални масла, итн. Лижењето е главниот процес во производството на шеќер од репка, се користи за екстракција на шеќер од шеќерна репка; Растително масло се извлекува од семки од сончоглед со помош на бензин.

Лижењето често се следи во текот на процесот со процеси на филтрирање, испарување и кристализација.

16.2.2. СТАТИКА И КИНЕТИКА НА ПИЖЕЊЕТО

Процесот на лужење вклучува пенетрација на растворувач во порите на цврстиот материјал и растворање на екстрахираните материи.

Рамнотежа на лужење се воспоставува кога хемискиот потенцијал на растворената супстанца и неговиот хемиски потенцијал во цврстиот материјал се изедначуваат. Постигнатата концентрација на растворот што одговара на неговата заситеност се нарекува растворливост.

Во близина на површината на цврсто тело, рамнотежата се воспоставува за краток временски период. Затоа, кога се анализира процесот на пренос на маса, се претпоставува дека концентрацијата на интерфејсот на цврст растворувач е еднаква на концентрацијата на заситениот раствор ние имаме.

Главната задача на кинетиката на лужење е да се одреди времетраењето на контактот на фазите што се во интеракција неопходни за да се постигне даден степен на екстракција на извлечената супстанција. Времетраењето на фазниот контакт ја одредува големината на апаратот за екстракција.

Трансферот на масата за време на лужењето е под големо влијание на внатрешната структура на цврстото тело: големината и обликот на капиларите и хемискиот состав на честичките. Стапката на пренос на маса зависи од внатрешната структура на цврстото тело. Како што беше наведено во Поглавје 4.1, сложеноста на внатрешната структура на порозното тело го отежнува аналитичкиот опишување на процесот на пренос на маса во капиларно-порозно тело.

Исцедувањето е сложен процес од повеќе фази кој се состои од дифузија на растворувач во порите на цврстото тело, растворање на екстрахираните супстанции или супстанции, дифузија на екстрахираните супстанции во капиларите внатре во цврстото до фазниот интерфејс и масата. пренесување на супстанциите што можат да се извлечат во течниот растворувач од фазниот интерфејс во јадрото на протокот на екстрактивот.

Од четирите наведени фази на процесот, оние што ја ограничуваат вкупната стапка на пренос на маса се, по правило, последните две, бидејќи стапката на пренос на маса во првите две фази обично е значително повисока во споредба со стапката на две последователни фази.

Така, вкупниот отпор на дифузија на пренос на маса се состои од отпори на дифузија внатре во цврстото и во растворувачот.

Стапката на дифузија на супстанција во капиларно-порозно тело е опишана, како што е познато, со равенката за спроводливост на масата (12.30).

Стапката на пренос на маса од фазниот интерфејс во јадрото на протокот на екстрактивот е опишана со равенката за пренос на маса (12.15).

За да се процени односот помеѓу стапките на масовна спроводливост и пренос на маса, се користи критериумот Biot [види. равенка (12.32)].

Особено ниска стапка на масовна спроводливост се јавува во капиларно-порозни тела од растително и животинско потекло.

На сл. На слика 16.2.1 е прикажан дијаграм на структурата на растителна клетка.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image095_13.gif" width="200" height="24 src=">, а во областа на ниски концентрации -

Во случај кога главниот отпор на дифузија е концентриран во течната фаза, равенката за пренос на маса (12.15) може да се користи за да се опише процесот.

Движечката сила на процесот на лужење е разликата помеѓу концентрацијата на извлечената супстанција на површината на цврстиот материјал и нејзината просечна концентрација во екстрактивната маса usr.

Брзината на процесот во овој случај

https://pandia.ru/text/78/416/images/image099_11.gif" width="21" height="25 src="> - коефициент на пренос на маса во течна фаза.

Брзината на молекуларна дифузија во граничен слој со дебелина δ се одредува со равенката Фик (12.9)

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

каде: https://pandia.ru/text/78/416/images/image103_11.gif" width="59" height="21"> . Тогаш од (16.2.1) следува дека е пропорционален на D2/3. Со генерализирање на експерименталните податоци земајќи ја предвид посочената зависност, добиена е равенка за пресметување на коефициентот на пренос на маса https://pandia.ru/text/78/416/images/image104_11.gif" width="143" height=" 27 src="> (16.2. 3)

каде: https://pandia.ru/text/78/416/images/image106_10.gif" width="85" height="21"> - критериум Рејнолдс (тука v- брзина на екстракција; μ - динамичка вискозност на екстрактот); Pr= v/ Д- Критериум Прандтл.

Од изразот (16.2.2) е јасно дека β се зголемува со намалување на дебелината на дифузиониот слој δ. Од теоријата на граничниот слој е познато дека дебелината на слојот на дифузија се намалува со зголемување на критериумот Рејнолдс, односно со зголемување на релативната брзина на екстрактивот (во однос на цврстите честички). Следствено, процесот на лужење може да се интензивира со создавање на ефективна хидродинамичка средина, вклучително и со мелење цврст материјал.

Мелењето доведува до зголемување на површината за пренос на маса, како и намалување на дифузниот пат на извлечениот материјал од длабочините на капиларите до површината на материјалот. Поради фактот што коефициентот на спроводливост на масата се зголемува со зголемување на температурата, лужењето се врши на температури блиску до точката на вриење на екстрактот. Во исто време, концентрацијата на заситениот раствор на унас исто така се зголемува, што доведува до зголемување на движечката сила на истекување и растворање.

Стапката на масовна спроводливост може да се зголеми и со специјална обработка на суровини за храна, што доведува до намалување на отпорот на дифузија во ќелијата.

Во пракса, интензивирање на процесот може да се постигне во екстрактори со ефикасни хидродинамички услови, на пример во екстрактори со флуидизирано корито, како и во вибрирачки и пулсирачки екстрактори.

Како што е наведено, спроведувањето процеси во флуидизирано корито со кршени материјали доведува до нагло зголемување на површината за пренос на маса и намалување на отпорот на дифузија.

Во поглавјето 4.4 беше посочено дека вибрациите со ниска фреквенција на фазите во интеракција доведуваат до значително интензивирање на процесот на екстракција.

16.2.3. ПРЕСМЕТКА НА УРЕДИ ЗА ЕКСТРАКЦИЈА

Зонскиот метод за пресметување на процесите на екстракција од цврсто тело, развиен во последниве години, се заснова на решавање на проблемот со нестационарна масовна спроводливост. За да се пресмета времетраењето на процесот во тела со правилна геометриска форма, може да се користи равенката (18.11). Сепак, поради недостаток на експериментални податоци за коефициентите на масовна спроводливост, употребата на овој метод во пресметковната практика е тешка. Затоа, за пресметување на екстракторите, се користи метод кој се заснова на одредување на бројот на теоретски чекори на промена на концентрацијата. Воведувањето на коефициентите на ефикасност во пресметките овозможува да се одреди бројот на реални фази на повеќестепените уреди или должината на уредот.

Да разгледаме графички метод за одредување на бројот на теоретски чекори со помош на триаголен дијаграм (сл. 16.2.2). За полесно пресметување, да го замислиме дијаграмот во форма на правоаголен триаголник наместо рамностран триаголник.

Нека почетниот цврст материјал што треба да се извлече се состои од нерастворлива компонента L и растворлива компонента М,која се екстрахира со течен екстракт Е.Како резултат на процесот, се добива екстракт кој се состои од екстракт Еи супстанцијата растворена во него М,и рафинат, кој се состои од нерастворлива супстанција Л, во чии пори има одредена количина на супстанција М,растворен во екстракт Е.

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

Ориз. 16.2.3. Шема на повеќеделни контраструјна екстракција на цврсто-течна екстракција

Раствор Е на извлечената супстанција Мво екстракт Еајде да го наречеме горниот тек, и протокот Рцврсти мешавини Лсо супстанција што може да се извлече М- проток на дното.

Равенките на материјалниот биланс ќе бидат напишани на следниов начин:

Ф+ Е= Р y и

Перколаторот (сл. 16.2.5) е вертикален цилиндричен апарат со конусно дно и капак. На дното има решетка на која се става слој од кршен цврст материјал преку горниот отвор. По истекувањето, материјалот се испушта преку долната шарка.

Бункер" href="/text/category/bunker/" rel="bookmark">бункер за вчитување чипс од репка и шнекери за отстранување на пулпата од апаратот.

Во внатрешноста на апаратот, чиповите се поместуваат со две паралелни завртки од дното кон врвот. Штрафовите се формираат со сечила лоцирани по спирална линија. Сечилата на секој шнекер влегуваат во меѓусебниот простор на другиот. Овој распоред на завртките промовира еднообразно движење на чипсот по должината на апаратот и ја спречува можноста за ротација на чипсот од репка заедно со сечилата. За истата цел, на долниот дел од капаците се поставуваат контралоки и прегради.

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

Ориз. 16.2.7. Апарат за дифузија со двојна колона:

1,5 - фитинзи; 2 - ротирачки фрлач; 3 - барабан; 4 - тело; 6 - синџир; 7 - рамка

Транспортер со гребло и фрлач на чипови се користат за внесување на чипови во уредот. Загреаниот сок се доставува преку млазниците во машината.

Дифузиониот сок се зема од апаратот преку саморегенерирачки сита со конусни дупки инсталирани во комората и цевка. Барометриската вода влегува во апаратот преку горниот ред на млазници, а пулпата влегува низ долниот ред.

Чиповите што влегуваат во апаратот се движат до местото каде што се растовараат од апаратот. Барометриската и пулпата вода се доставуваат до горниот дел од втората колона спротивно на чипсот од репка. Сокот од дифузија се испраќа до производство, а пулпата се испраќа во преси или во складирање на пулпата. Во некои растенија, барометриската и пулпата вода прво се внесуваат во еден голем резервоар за мешање, а потоа во грејач за да се загрее смесата.

Во дизајнот на апаратот што се разгледува, чипсот од репка се попарува во внатрешноста на апаратот и не е потребна дополнителна инсталација на скалдер. Сокот наменет за попарување се загрева до одредена температура во греалки.

Постојат дизајни на апарати во кои цврстиот материјал се поместува со кофи.

Употребата на преносни уреди со ланец со рамки или корпи доведува до набивање на масата на цврст материјал на рамките или во корпите, што го нарушува процесот на извлекување. Во апаратите за дифузија со осовини со сечила и контра сечила, се јавува значително мелење на чипс, што го отежнува филтрирањето на дифузиониот сок во апаратот и со тоа ја намалува стапката на екстракција. Како резултат на употребата на големи чипсови од репка, стапката на екстракција исто така се намалува поради зголемување на отпорот на интра-дифузија.

Уредите за дифузија на суспендиран кревет ги немаат овие недостатоци. Во двоколона апарат (сл. 16.2.8), развиен од проф. , чипсот од репка е во суспензија. Движечка сила за движење на содржината во апаратурата е разликата во притисокот над материјалот во првата и втората колона. Кога уредот за транспорт на клипот се движи нагоре, под него се создава вакуум. Чипсот од репка влегува во горниот дел од првата колона, која е исполнета до одредено ниво со дифузен сок. Нивото на сокот се одржува со помош на мерач на ниво. Така, чипсот од репка влегува во сокот за дифузија и се рамномерно распоредени низ апаратот.

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

Каде: ВП- корисен волумен на апаратот, m3; q- маса на чипови по единица корисен волумен на апаратот, kg/m3 (за колона апарат q=600...700 kg/m3); τ - времетраење на процесот на екстракција, с.

Екстракторите за појас (сл. 16.2.9) се користат за екстракција на масло од семки од сончоглед. Цврстата фаза - смачканите семиња се поместуваат по појасот во тенок слој, а екстрактивот - бензинот се снабдува одозгора со помош на пумпи и го наводнува материјалот што се наоѓа на појасот. Процесот се изведува според сложена комбинирана шема на проток на цврст материјал и екстракт: вкрстен проток во секој дел и контрапротек како целина во екстракторот. Дизајнот на екстракторот не обезбедува ефективна интеракција на цврстата фаза со екстракторот со мала брзина. Потребни се неколку чекори за екстракција за целосно извлекување на маслото.

Ориз. 16.2.9. Извлекувач на појас:

1 - тело; 2 - млазници; 3 - вратило за товарење; 4 - транспортен уред; 5 – пумпи

Контролни прашања

1. Која е суштината на процесот на лужење? Кои компоненти се вклучени во процесот на лужење? 2. Кои фактори ја одредуваат брзината на истекување? 3. Во кој случај стапката на лужење е опишана со равенката Шчукарев? 4. Каква е пресметката на екстракторите? 5. Како е претставен процесот на извлекување на контраструја во дијаграм на триаголник? 6. Како се одредува бројот на чекори на промена на концентрацијата во триаголен дијаграм? 7. Наведете ги шемите со кои се изведуваат процесите на лужење 8. Какви дизајни на екстрактори се користат во прехранбената индустрија?

Вовед

Екстракција во системот „течност-течност“. Основни поими и индикатори

Органски растворувачи кои се користат при екстракција

Хемиски и процеси на пренос на маса што се случуваат при екстракција

Главните методи на екстракција

Современа опрема за екстракција

Дел за пресметка

Чистење на одводи

Заклучок

Библиографија

Вовед

Екстракцијата во широка смисла се однесува на процесите на екстракција на една или повеќе компоненти од раствори или цврсти материи користејќи селективни растворувачи. Затоа, во принцип, екстракцијата може да се изврши во системи со цврста течност (на пример, екстракција на злато од руди со раствори на цијанид) или течно-течност. Во хидрометалургијата, екстракцијата или екстракцијата обично се однесува на процесот на течна екстракција, кој се состои во екстракција на супстанција растворена во еден растворувач со помош на друг растворувач кој не се меша со првиот. Воден раствор од хемиски реагенси што содржи метал и органска течност се користат како два такви течни медиуми.

Главните предности на процесот на екстракција, во споредба со другите процеси за одвојување течни смеси, се:

ниска работна температура (процесот обично се изведува на собна температура);

висока стапка на пренос на маса помеѓу две контактни фази (поради многу големата површина на нивниот контакт при емулгирање на органската фаза во воден раствор);

висока селективност на екстрактивите, овозможувајќи одвојување на сродни, тешко раздвојливи елементи;

леснотија на одвојување на две фази (немешачки течности со различна густина);

способност за екстракција на метали од високо разредени раствори;

по желба длабоко чистење на добиениот метал;

можноста за регенерирање на потрошените реагенси;

можноста за целосна механизација и автоматизација на процесот.

Овие околности ја одредуваат широката употреба на процесите на екстракција во современата хидрометалургија.

Екстракција во системот „течност-течност“. Основни поими и индикатори

Усвоена е следната терминологија за екстракција. Двата растворувачи вклучени во процесот (воден и органски) во почетната состојба се нарекуваат „изворен раствор“ и „екстрант“. Во моментот на допир (при екстракција) тие се нарекуваат „водени“ и „органски“ фази, а по екстракцијата (таложење и сепарација) се нарекуваат „рафинирање“ и „екстракт“.

Процесот на екстракција се состои од следниве фази:

подготовка на почетниот раствор и екстракт (сл. 1, а);

контактирање на овие раствори со емулгирање на органските и водените фази (сл. 1, б, в);

таложење и одвојување на овие фази (добро забележани визуелно) (сл. 1, г);

одвојување на рафинат и екстракт (сл. 1, д).

Сл.1. Шема на процесот на екстракција на течност-течност. 1 - почетно решение; 2 - екстрактор; 3 - рафинирам; 4 - екстракт.

Од екстракт заситен со извлечениот елемент (екстракт), металите се извлекуваат со методот на реекстракција, кој се состои од третирање на екстрактот со воден раствор на некој хемиски реагенс, создавајќи поволни услови за обратен трансфер на металите од органската фаза. до водната фаза. Дијаграмот на текови за процесот на повторно извлекување е сличен на чекорите на екстракција. Во овој случај, реагенсот што се користи за екстракција на супстанција од органската фаза се нарекува реекстрактант, а добиениот производ се нарекува реекстракт. Следствено, екстрактот и екстрактот се органска фаза, а реекстрактантот и реекстрактот се водена фаза. Речиси секогаш, по повторното екстракција, екстрактот се обновува во првобитната состојба, поради што се нарекува регенериран екстракт.

Така, за време на екстракцијата и повторното екстракција, следните ознаки на производи се користат додека процесот напредува:

Екстракција:

екстракт ® органска фаза ® екстракт

почетен раствор ® водена фаза ® рафинат

Повторно екстракција:

екстракт ® органска фаза ® регенериран екстракт

реекстрактант ® водена фаза ® реекстракт.

Крајниот производ од циклусот „екстракција - реекстракција“ е повторно воден раствор - реекстракт. Но, водениот раствор добиен како резултат на екстракција на ленти се разликува од оригиналниот по тоа што не содржи или содржи само мала количина на нечистотии, одвојувањето на вредната компонента од која е главната тешкотија при нејзиното извлекување од растворот. Во овој случај, реекстрактот, за разлика од оригиналниот раствор, често се збогатува со метал.

Органски растворувачи кои се користат при екстракција

Органските соединенија се користат како екстракти.

Идеален екстракт треба да ги има следниве својства:

да биде доволно селективен (односно, селективно да ги извлекуваме само компонентите што ни се интересни од водени раствори што содржат збир на метали);

имаат висок капацитет за екстракција (апсорбира значителна количина од извлечената компонента по единица волумен);

обезбедуваат прилично лесна регенерација на екстрактот со екстракција на метал од органската фаза;

да бидат безбедни за работа (нетоксични, неиспарливи, незапаливи);

остануваат стабилни за време на складирањето или во контакт со киселини и алкалии;

биди доволно евтин.

Да се ​​најде таков идеален екстракт е речиси невозможно, па затоа обично се прави компромисно решение.

Имајќи го предвид фактот дека преносот на маса игра важна улога во механизмот на сепарација на екстракција, една од главните физички својства на органската фаза е вискозноста. Познавањето на карактеристиките на вискозноста, енергијата на меѓуфазната граница и густината на медиумот е исклучително неопходно за да се процени кинетиката на процесот на екстракција, не само во смисла на пренос на маса, туку и од гледна точка на дисперзија на фазата и стапка на таложење на течни фази доведени во рамнотежа. Сепак, органските екстракти обично се доста вискозни медиуми. Во овој случај, вискозноста на органската фаза нагло се зголемува со зголемување на заситеноста на неа со метални јони. Зголемувањето на вискозноста на органската фаза над одредена граница може нагло да го забави процесот на екстракција. Затоа, понекогаш е непрактично да се постигне значително заситување на екстрактот со метали. Но, дури и ако можната заситеност на екстрактот е ограничена, во некои случаи е неопходно вештачки да се намали вискозноста на органската фаза.

Дополнително, за добро раздвојување на фази по екстракцијата, мора да има доволна разлика во густините на овие фази, односно екстрактивот мора да биде многу полесен од водениот раствор. Затоа, во пракса, екстрактот ретко се користи во својата чиста форма; обично се разредува со евтин органски растворувач за да се намали вискозноста и густината. Овој помошен растворувач е обично инертен и не учествува во процесот на екстракција. Во таков систем од два органски растворувачи, органското соединение вклучено во хемиските реакции на екстракција се нарекува реагенс за екстракција, а растворувачот на реагенсот за екстракција се нарекува разредувач. Целиот органски раствор е екстракт. Треба да се напомене дека разредувачот се користи не само за намалување на вискозноста и густината на органската фаза, туку и за растворање на добиените производи за време на реакцијата на екстракција.

Најшироко користени видови органски растворувачи се:

јаглеводороди и нивни халогени деривати;

Јаглеводороди и нивни деривати на хлорнајчесто се користат како разредувачи за реагенси за екстракција. Поради фактот што јаглеводородите се многу испарливи, запаливи и отровни материи, само ограничен број од нив се погодни за индустриска употреба. Најчесто користени се: бензен C 6 H 6; толуен, или метилбензен CH3C5H5; керозин; дизел гориво; хексан (C 6 H 4), октан (C 8 H | 8), бензин. Од дериватите на хлор на јаглеводородите, најчесто користени се јаглерод тетрахлорид CCl 4, хлороформ CHC1 3 и дихлорометан CH 2 C1 2. Дериватите на хлорот понекогаш се користат како екстракти за неоргански соединенија (на пример, CCl 4 или CHCl 3 се екстрахираат со GeCl 4).

Екстранти кои содржат кислородсе делат на соединенија кои не содржат и оние кои содржат групи кои формираат сол. Органските растворувачи кои содржат кислород и немаат групи кои формираат сол се користат како екстракти за екстракција на халиди, нитрати, тиоцијанати и други метални соли. Тие вклучуваат алкохоли ROH, естри ROR, естри R-OCO-R, кетони R-COR, d-кетони RCOCH 2 COR (каде што R е органски радикал). Екстракцијата се одвива успешно во силно кисели раствори, во кои е можно формирање на соли на оксониум, или во раствори со мала киселост, но во присуство на агенси за солење. Кога се користат алкохоли, етери, кетони, се забележува формирање на солват, на пример, според шемата: mROR + nMeCl 3 + pHCl = mROR × nMeCl 3 × pHCl. Покрај тоа, нивото на киселост во голема мера влијае на текот на овој процес.

Од етерите, најчесто користени се диетил етер C 2 H 5 OS 2 H 5 и неговиот дериват на хлор - хлорекс ClC 2 H 4 OS 2 H 4 Cl, или (C 2 H 4 Cl) 2 O. Хлорекс е исклучително слаба база и екстрахира само многу силни киселини. Се користи, на пример, при екстракција на хлороурична киселина од раствори на аква регија во циклусот на рафинирање на благородни метали.

Меѓу алифатични (ациклични) алкохоли (ROH, каде што R е C n H (2n+1)), бутил (C 4 H 9 OH), амил (C 5 H 11 OH), изоамил, хексил (C 6 H 13 OH) се користат, каприл (C 7 H 15 OH), октил (C 8 H 17 OH), нонил (C 9 H 19 OH), мешавина од алкохоли C 7 - C 9 и децил (C 10 H 21 OH). Од ацикличните алкохоли (содржат циклуси во молекули - прстени од три или повеќе јаглеродни атоми), најчесто се користи циклохексанол C 11 H 11 OH. Од ароматичните алкохоли (кои содржат прстени во нивните молекули - бензенски прстени), се користи а-нафтол и а, а’-нафтоли .

Кога се користат органски растворувачи што содржат кислород со групи што формираат сол (карбоксилни киселини RCOOH), соединенијата нерастворливи во вода - сапуни - се формираат поради екстракција не на соли или нивните киселински комплекси, туку на метални катјони. Карбоксилните киселини се димеризирани во структурата .

Оваа димеризација опстојува за време на екстракцијата, односно се формира органската сол M(HR 2) 2. Екстракцијата со карбоксилни киселини обично се изведува со pH 0,5 помала од pH на хидролизата на почетната неорганска метална сол. Сличен тип на екстракција со употреба на масни киселини C n H 2 n +1 COOH се користи, на пример, во хидрометалургијата на кобалт за прочистување на растворите што содржат кобалт од нечистотии.

или директно (P-C врска, органофосфорни соединенија):

каде што R е радикал на алкил (CnH 2 n +), циклоалкил или арил (моновалентен остаток на ароматични јаглеводороди).

Способноста за екстракција на средните естри на фосфорна, фосфонска и фосфинска киселина, како и оксиди на супституирани фосфини, е најмногу проучена. Екстракцијата со сите овие реагенси се одвива врз основа на способноста на донорот-акцептор на фосфорил кислород - P=O, која се зголемува во серијата:

Следствено, способноста за екстракција на овие соединенија се зголемува во иста насока. Од средните естри на фосфорна киселина, најшироко користен екстракт е трибутил фосфат TBP ((C 4 H 9 O) 3 PO), кој се користи во хидрометалургијата на радиоактивни метали (на пример, во производството на нуклеарно гориво, особено, во екстракција на уранил нитрат), во хидрометалургија на ретки метали (ниобиум, тантал, циркониум и др.). Диалкил алкил фосфинати DAAF (R 1 P(O) (OR 2) 2) се користат за екстракција на скандиум од хлороводородна киселина, ниобиум, тантал и други ретки земјени елементи.

Од екстракти кои содржат азотНајшироко користени за цели на екстракција се амини со различен степен на супституција (добиени со замена на протоните на амонијак со органски радикал): примарни, секундарни , терциерни и кватернарни амониумски бази (QAB): R4 NOH. Многу соли на примарни, секундарни и терциерни амини кои имаат нормални алкилни радикали C n H 2 n +1 (алкиламини) се слабо растворливи во течни јаглеводороди, по можност во ароматични (> 0,1 mol/l).

За екстракција на бакар, никел и кобалт, предложени се мешавини на а-хидроксими со општата формула, каде што R и R’ се радикали; R'' е радикал или водороден атом.

Екстранти кои содржат сулфур.Поради помалата способност за донирање електрони на атомот на сулфур во споредба со атомот на кислород, замената на кислородот со сулфур во соодветните органски соединенија што содржат кислород (етери, алкохоли, итн.) доведува до намалување на екстракционите својства на сулфур кои содржат органски соединенија (тиоетери R2S; тиоалкохоли RSH; тиоакиселини; дитиокиселини итн.).

Сепак, намалувањето на базичноста на тио-соединенијата може да доведе до зголемена селективност на екстракција, како резултат на што органските екстракти кои содржат сулфур се од одреден интерес. Органските сулфиди (тиоестери) се доста ефикасни екстракти. На пример, диизобутил сулфид (iC 4 H 9) 2 S добро го екстрахира железен хлорид од раствори на хлороводородна киселина во форма на НFeСl 4, како обичен дибутил етер што содржи кислород (C 4 H 9) 2 O. Во однос на неорганските киселини и ураниумови соли, оксидите се тестирани како екстракти диалкил сулфиди, добиени со оксидација на соодветните диалкил сулфиди со водород пероксид во оцетна киселина CH3COOH. Сулфонските киселини R-SO 3 H (или ), кои се екстракти за размена на катјони, се од практичен интерес во хидрометалургијата. Сулфонираните јаглеводороди се препорачуваат за индустриска екстракција на никел и кобалт од водени раствори со метални концентрации од 0,5 до 10 g/l.

Хемиски и процеси на пренос на маса што се случуваат при екстракција

Раздвојувањето на супстанциите за време на процесот на екстракција се заснова на разликата во дистрибуцијата помеѓу две течности што не се мешаат. Во наједноставниот случај, кога извлечената супстанција е во иста форма во двете фази (т.н. физичка дистрибуција), се применува законот на Нернст:

,

каде K d е константа на дистрибуција. Константата на дистрибуција Kd не зависи од концентрацијата на извлечената супстанција во водната фаза и, со воспоставен постојан однос на волумените на фазите што контактираат (P:E) на дадена температура, останува константна вредност и за богатите и за лоши решенија. Затоа, во неколку последователни циклуси на процесот е можно да се постигне произволно длабок степен на екстракција или прочистување.

Меѓутоа, законот за дистрибуција во неговата класична форма не е применлив за повеќето реални системи за екстракција, бидејќи и во двете фази може да дојде до интеракција на супстанцијата со растворувачот, исто така, извлекување на супстанцијата во форма на неколку видови соединенија; промена на меѓусебната растворливост на фазите под влијание на екстрахираните материи и сл. Затоа, за да се карактеризира дистрибуцијата на супстанцијата, обично се користи коефициентот на дистрибуција

каде што C x O и C x B се, соодветно, вкупните аналитички концентрации на екстрахираната супстанција во сите соединенија во органската и водната фаза.

Бидејќи екстракцијата се врши не толку за да се извлече метал од чисти раствори, туку за селективно да се изолира вреден елемент од раствори што содржат збир на нечистотии, се користи друг индикатор, наречен фактор на одвојување:

.

Односно, тој го претставува односот на коефициентите на дистрибуција на две супстанции. За условите за раздвојување потребно е да се има неравенката D Me1 ¹ D Me 2. Најдоброто раздвојување се случува кога D Ме1 >> D Ме2. Покрај тоа, колку S е поблиску до единството, толку е поголем бројот на потребни фази на екстракција. При пресметување на вредноста на факторот на раздвојување, вообичаено е да се стави поголемиот коефициент на дистрибуција D Me во броителот, затоа S ³ 1 секогаш.

Како и во секој хидрометалуршки процес, важен индикатор за екстракција е количината на обновениот метал (или процентот на екстракција):

,

каде V 0 и V B се волуменот на органската фаза и воден раствор, соодветно. Коефициентот на дистрибуција D и степенот на екстракција Е се меѓусебно поврзани количини:

.

Најчесто, екстракцијата на металите од водната во органската фаза се врши на три начини:

Екстракција со катјонска размена - екстракција на метали кои се наоѓаат во јодни раствори во форма на катјони со органски киселини или нивни соли. Механизмот на екстракција се состои од размена на извлечениот катјон за H + или друг екстрактивен катјон.

Екстракција со анјонска размена - екстракција на метали кои се наоѓаат во водени раствори во форма на анјони, со соли на органски бази. Екстракцијата се јавува поради размена на анјон што содржи метал со екстрактивен анјон.

Координативна екстракција, во која извлеченото соединение се формира како резултат на координација на молекулата или јонот на екстрактивот директно со атомот (јонот) на извлечениот метал, како резултат на што металот и екстракторот се наоѓаат во истата сфера на извлечениот комплекс.

Координативните или сложените соединенија се оние кои имаат централен атом или јон опкружен со одреден број јони или молекули наречени лиганди.

Бројот на хемиски (координативни) врски помеѓу централниот атом или јон (средство за сложеност) и лигандите се нарекува координативен број. Координативните врски често имаат карактер донатор-акцептор, т.е., тие се формираат кога атомот на донорот има осамен (слободен) пар електрони што се врзува за атомот на примачот. Кога, на пример, се формира комплексен јон (NH 4) +:

,

азот, кој има единствен пар електрони во молекулата NH 3, е донатор, а водородниот јон е акцептор.

Лигандите се анјони на неоргански киселини, органски киселини и неутрални молекули (на пример, H 2 O), а формирањето на сложени јони може да се претстави како поместување на молекулите на водата што го опкружуваат (хидрираат) јонот од друг лиганд. Лигандите, во зависност од бројот на атоми кои формираат координативна врска, можат да бидат еднодентатни, бидентатни итн.

Полидентатните лиганди (бидентатни и повеќе) формираат циклични комплекси, т.е. извлечениот јон е опкружен со неколку молекули на органски екстракт.

Централниот атом и координираните групи (лиганди) ја формираат внатрешната координативна сфера на комплексот - комплексен јон. Позитивните или негативните јони кои го компензираат полнењето на сложениот јон ја формираат надворешната сфера на сложеното соединение.

Екстракција на катјонска размена

Овој тип на екстракција може генерално да се опише со равенката

каде што Мене е метал со валентност z;

R е кисел остаток на органска киселина. Вообичаени екстракти за размена на катјони се масни киселини од типот RCOOH (на пример, карбоксилни киселини) со број на јаглеродни атоми во радикалот R од седум до девет (C 7 - C 9) и нафтански киселини:

Нафтените киселини се добиваат од сурова нафта; нивната молекуларна тежина се движи од 170 до 330. Често се користат алкил фосфорни киселини, особено деривати на ортофосфорна киселина - алкил ортофосфати. Ако два водородни јони во ортофосфорната киселина (H 3 PO 4) се заменат со органски радикали, се добиваат производи наречени диалкил ортофосфати, на пример ди-(2-етилхексил)-фосфорна киселина (D2EHPA).

Вид на екстракција со размена на катјони е екстракција со комплексни (хелатни) моно-, би- и полидентатни екстракти како што се оксими - соединенија што ја содржат групата (=N-OH). Во овој случај, екстракцијата се јавува како резултат на јонска размена и координација на екстрактивот со атомот (јонот) на извлечениот метал со формирање на интракомплексни соединенија.

Екстракција со анјонска размена

Екстратантите за размена на анјони припаѓаат на класата на амини, кои се деривати на амонијакот NH 3. Во зависност од бројот на атоми на водород заменети во амонијакот со јаглеводородни радикали, се добиваат примарни, секундарни или терциерни амини:

R е јаглеводороден радикал кој содржи од 7 до 9 (понекогаш и до 16) јаглеродни атоми.

Во амините, азотот има осамен пар електрони, што ја одредува способноста на овие екстракти да формираат координативни соединенија

Аминските соли формирани за време на киселинскиот третман можат да го разменат киселинскиот анјон за анјони што содржат метал, на пример

Во алкална средина, амини може да се најдат не во форма на соли способни за размена на анјони, туку во форма на неутрални молекули, така што тие се користат само во кисела средина.

Најчести амини се АНП колекторот - примарен амин, дилауриламин (секундарен амин) и триоктиламин (терциерен амин).

Покрај екстракцијата според видот на анјонската размена, екстракцијата со амини понекогаш доведува до внесување на амин во внатрешната координативна сфера на извлечениот комплекс анон со формирање на силни метално-азотни врски (што е типично, на пример, за платина метали). Интракомплексните соединенија формирани во овој случај се многу силни, како резултат на што е тежок процесот на обратно пренесување на металот од органската фаза во водната фаза - реекстракција.

Друга класа на екстракти за размена на анјони се кватернерните амониумски бази (QAB) и нивните соли (QAS). QAO се деривати на амониум јон (NH 4) +:

,

каде што R е јаглеводороден радикал.

Најчесто користени QAC се триалкилбензиламониум хлорид - скратено TABAC, триалкилметиламониум хлорид (CH 3 R 3 N)Cl - TAMAC, тетраалкиламониум хлорид (R 4 N)Cl - TAAX. R - C n H 2 n +1, каде што n = 8 - 10.

QAS екстракт од метали само според типот на реакција на анјонска размена:

каде што z е полнење на анјонот MeX што содржи метал;

m е полнење на HAC анјонот;

Y - анјонски ЧАС.

QAS се способни да извлекуваат соли што содржат метал не само од кисели, туку и од алкални раствори.

Аминските и QAS солите во некои случаи имаат ограничена растворливост во најчесто користените разредувачи (керозин, јаглеводороди). За да се подобри растворливоста, органските алкохоли (на пример, децил алкохол) се додаваат во органската фаза, меѓутоа, големите (над 10%) концентрации на алкохол обично ја нарушуваат екстракцијата поради интеракција со екстрактот.

Главните методи на екстракција

Главно се користат следните методи на екстракција: еднократна екстракција, повеќекратна екстракција со вкрстено и контрастручно движење на растворувачот, континуирано екстракција со контраструја. Екстракцијата со еден растворувач најмногу се користи во индустријата, иако се користи и екстракција со два екстрактива.

Едностепен (едностепен) екстракција.Овој метод на екстракција се состои во тоа што почетниот раствор F и екстрактот S се мешаат во миксер, по што се делат на два слоја во резервоар за таложење: екстракт Е и рафинат R. Обично се верува дека фазна рамнотежа е воспоставен во миксер поради интензивно мешање и доволно време на контакт, т.е. едно извлекување овозможува да се постигне ефикасност што одговара на теоретското ниво на промена на концентрацијата. Степенот на екстракција со овој метод на екстракција може да се зголеми со зголемување на снабдувањето со екстракт до апаратот, но тоа ќе доведе до намалување на концентрацијата на екстрактот и зголемување на цената на процесот.

Процесот може да се спроведува или периодично или континуирано. При периодично организирање на процесот, фазата на одвојување на екстрактот и рафинатот може да се изврши во миксер. Во овој случај, нема потреба од шахта.

Повеќекратна екстракција со вкрстен проток на растворувач.Кога се врши екстракција со овој метод (слика 2), почетниот раствор F и соодветните рафинати се третираат со дел од свеж екстракт S1, S2 итн. во секоја фаза на екстракција, составена од миксер и резервоар за таложење (тенковите за таложење не се прикажани на слика 2), а рафинатите се испраќаат последователно во следните фази, а екстрактите Е 1, Е 2 од секоја фаза се отстранети од систем. Со овој метод на екстракција, почетниот раствор F влегува во првата фаза, а конечниот рафинат Rn се зема од последната, n-та фаза.

Ориз. 2. Шема на повеќекратна екстракција со вкрстен проток на растворувач (1, 2,3, ..., n - фази).

Користејќи го овој метод, можно е речиси целосно да се извлече дистрибуираната компонента од почетниот раствор и да се добие чист рафинат. Меѓутоа, во овој случај, загубите на растворувачот содржан во почетниот раствор се неизбежни, бидејќи во секоја фаза има делумно отстранување на овој растворувач со екстрактот.

Повеќекратни екстракции со контраструјно движење на растворувачот.Овој метод на екстракција се карактеризира со повторен контакт во фазите 1, 2 итн. со контраструјни текови на рафинат R и екстракт E (сл. 3), под услов почетниот раствор F и екстрактот S да се снабдуваат од спротивните краеви на инсталацијата. Бидејќи методот на екстракција со контраструјно движење на растворувачот овозможува да се добијат производи со даден квалитет со доволно висока продуктивност на инсталацијата, овој метод на екстракција е доста широко користен во индустријата.

Ориз. 3. Шема на повеќекратна екстракција со контраструјно движење на растворувачот (1,2, ..., n-1. n - чекори).

Континуирано контрастручно извлекување.Овој метод на екстракција се изведува во уреди од типот на колони (на пример, спакувани). Потешкиот раствор (на пример, оригиналниот раствор) постојано се внесува во горниот дел од столбот (сл. 4), од каде што тече надолу.

Лесна течност (во нашиот случај, растворувач) влегува во дното на колоната, која се крева нагоре по колоната. Како резултат на контактот на овие раствори, дистрибуираната супстанција се пренесува од оригиналниот раствор во екстрактот. Овој метод на екстракција често се користи во индустријата.

Контрастручна екстракција со рефлукс.Доколку е потребно поцелосно да се одвои почетниот раствор, екстракцијата може да се изврши со рефлукс по аналогија со процесот на исправување (сл. 5). Во овој случај, почетната смеса F се доставува до средниот дел на апаратот (до фазата на напојување). По регенерацијата на екстрактот во регенераторот 2, дел од добиениот производ R0 се враќа во форма на рефлукс во апаратот 1, а другиот дел се зема во форма на компонента Б извлечена од оригиналниот раствор решенијата R0 и B се исти. Така, јазолот 2 од единицата за екстракција е аналог на рефлуксната единица на единицата за дестилација.

Ориз. 5. а) (лево) дијаграм на екстракција против струја со рефлукс: 1 - апарат за екстракција; 2 - апарат за регенерација на екстракти; б) шема на екстракција со два растворувачи: 1 - апарат за екстракција; 2 - апарат за регенерација на екстракти.

Рефлуксниот проток R0, при контакт со протокот на екстрактот, го измива почетниот растворувач А, делумно или целосно растворен во него, од вториот, кој на крајот преминува во рафинатот, како резултат на што степенот на одвојување и приносот на зголемувањето на рафинатот.

Треба да се напомене дека екстракцијата со рефлукс, додека го подобрува одвојувањето на почетниот раствор, доведува до зголемување на потрошувачката на екстрактот и обемот на опремата, што го прави овој процес поскап. Затоа, изборот на количината на рефлукс треба да се направи врз основа на техничко-економска пресметка.

Екстракција со два растворувачи.Ако почетниот раствор содржи две или повеќе компоненти кои треба да се екстрахираат посебно или во групи од неколку компоненти, тогаш се користи екстракција со два растворувачи што не се мешаат (сл. 5б). Растворувачите се избираат на таков начин што секој од нив преференцијално растворува една компонента или група компоненти. Почетната мешавина F, која се состои од компонентите А и Б, се внесува во средниот дел на апаратот 1. Екстрантот S, (потежок од S 1), кој селективно ја раствора компонентата А, влегува во горниот дел на апаратот 1, а екстракт S 1, селективно растворање на компонентата Б, - во нејзиниот долен дел.

Екстракција со два растворувачи обично се користи за одвојување на супстанции со слична растворливост. Овој метод бара релативно голема потрошувачка на екстракти, што значително ја зголемува цената на процесот.

растворувач за екстракција органска размена на катјони

Современа опрема за екстракција

Според принципот на интеракција или методот на фазен контакт, екстракторите се поделени во две групи: чекор и диференцијален контакт. Во рамките на овие групи, екстракторите често се поделени на гравитациски (брзината на фазите во нив се определува со разликата во густината на овие фази) и механички (кога се додава енергија на течението однадвор преку механичко мешање, центрифугална сила, клипен пулсатор, итн.). Во речиси секој уред од наведените групи, за да се зголеми контактната површина на фазите, една од фазите се дисперзира на различни начини и се дистрибуира во друга, континуирана фаза во форма на капки. По секое мешање на фазите во апаратурата, следува раздвојување на овие фази, што е неопходно првенствено за регенерација на екстрактот (под влијание на гравитациони или центрифугални сили). Исто така, забележуваме дека во индустријата обично се користат континуирани екстрактори.

Чекор екстрактори.Екстракторите од оваа група се состојат од дискретни фази, во секоја од нив се јавува фазен контакт, по што тие се одвојуваат и се движат во контраструја во следните фази. На сл. На слика 6 е прикажан дијаграм на едностепени (а) и повеќестепени (б и в) инсталации на еден од најчестите типови на сценски екстрактори - мешање и таложење.

Ориз. 6. Шеми на едностепени (а) и повеќестепени (б, в) инсталации на екстрактори за мешање и таложење: 1 - мешалки; 2 - резервоар за таложење; 3 - пумпи.

Предностите на екстракторите за мешање-таложење ја вклучуваат нивната висока ефикасност (ефикасноста на секоја фаза може да се приближи до една теоретска фаза на одвојување), способност за брзо менување на бројот на фази, соодветност за работа во широк опсег на промени во физичките својства и волуметриски фазни соодноси , релативно лесно скалирање, итн. Недостатоци Овие екстрактори се карактеризираат со голема производна површина, присуство на мешалки со индивидуални погони и големи количини на комори за таложење на гравитацијата.

Екстракторите за мешање-населување со висок капацитет (до 1500 m 3 / h) се користат во хидрометалургијата, технологијата на ураниум и во разни други индустрии со голема тонажа.

Диференцијални контактни екстрактори.Екстракторите од оваа група се одликуваат со континуиран контакт помеѓу фазите и непречена промена на концентрацијата долж висината на апаратот. Во таквите екстрактори (за разлика од чекорите), не се постигнува рамнотежа помеѓу фазите низ пресекот на апаратот. Екстракторите со диференцијални контакти се покомпактни од извлекувачите на чекори и заземаат помала производна површина.

Во гравитационите екстрактори, движењето на фазите се јавува поради разликата во нивните густини. Гравитационите екстрактори вклучуваат столбови со спреј, спакувани и фиоки.

Ориз. 7. Екстрактори за шупливи (спреј) колони: а - со тешко фазно прскање; б - со лесно фазно прскање; 1 - екстрактори; 2 - прскалки; 3 - пломби за вода; 4 - фазен интерфејс.

Наједноставните претставници на гравитационите екстрактори во дизајнот се столбовите за прскање (сл. 7). Важна предност на екстракторите за прскање е способноста за обработка на контаминирани течности во нив. Понекогаш овие уреди се користат за екстракција од каша.

Спакуваните екстрактори (сл. 8), кои се слични по дизајн на спакуваните абсорбери, станаа доста распространети во индустријата.

Ориз. 8. Екстрактор за прицврстување: 1 - млазница; 2 - дистрибутер; 3 - резервоари за таложење; 4 - заптивка за вода; 5 - фазен интерфејс.

Прстените Raschig често се користат како млазница 1, како и други видови млазници. Пакувањето се поставува на решетки за поддршка во делови, меѓу кои се мешаат фазите. Една од фазите (екстрактор на слика 8) се дисперзира со помош на уред за дистрибуција 2 во текот на континуираната фаза (почетно решение). Во слојот за пакување, капките може да се спојат повеќе пати и потоа да се распаднат, што ја зголемува ефикасноста на процесот. Изборот на материјалот на млазницата е многу важен. Пожелно е да се навлажни со континуирана фаза, бидејќи тоа ја елиминира можноста за несакано спојување на капки и формирање на филм на површината на млазницата, што доведува до нагло намалување на површината за контакт на фазата. Забележете дека керамичките и порцеланските млазници подобро се навлажнуваат со водната фаза отколку со органската фаза, а пластичната млазница обично подобро се навлажнува со органската фаза. Раздвојувањето на фазите во набиените столбови се случува во зоните на таложење 3, често со поголем дијаметар од дијаметарот на екстракторот за подобро раздвојување на фази.

Механичките екстрактори вклучуваат диференцијални контактни екстрактори со снабдување со надворешна енергија на фазите што контактираат.

Еден од најчестите механички екстрактори во технологијата е екстракторот со ротирачки диск. Ротационите екстрактори се разликуваат главно во дизајнот на уредите за мешање. Значи, наместо мазни дискови, се користат разни видови миксери, понекогаш делови се полни со млазница итн. Главните предности на ротационите екстрактори вклучуваат висока ефикасност на пренос на маса, ниска чувствителност на цврсти нечистотии во фази, можност за создавање уреди со голема единица моќност итн.

Во исто време, ротационите екстрактори имаат сериозен недостаток - таканаречениот ефект на скала, т.е. значително зголемување на EEP со зголемување на дијаметарот на апаратот. Причината за оваа појава е нерамномерноста на полето на брзината долж висината и попречниот пресек на апаратот, формирањето на застојани зони, заобиколувањето, што придонесува за зголемено надолжно мешање и нарушување на униформната структура на тековите во апаратот.

Ефикасноста на процесот на пренос на маса при екстракција може да се зголеми со пулсирање на фазите. Екстракторите за пулсирање користат два главни методи за пренесување пулсирања на течности. Според првиот метод, пулсирањата во аспираторот на столбот се генерираат хидраулично со помош на надворешен механизам (пулсатор според вториот, преку вибрации на перфорирани плочи монтирани на заедничка прачка, која е подложена на клипно движење);

Употребата на пулсирања за време на процесот на екстракција промовира подобра дисперзија на течноста, интензивно обновување на површината за контакт со фаза и зголемување на времето на престој на дисперзираната течност во екстракторот. Најшироко користени во технологијата се плочата со сито и спакуваните пулсирачки екстрактори.

Пулсирачкиот аспиратор (сл. 9.) е колона со фиоки за сито без гранки за проток на континуираната фаза. Во колоната, со помош на посебен механизам (пулсатор), пулсирањата се пренесуваат на течноста - вибрации со мала амплитуда (10-25 mm) и одредена фреквенција. Клипната пумпа без вентил најчесто се користи како пулсатор, поврзана на дното на столбот (слика 9, а) или на линијата за снабдување со лесна течност (слика 9, б). Кога пулсирањата се пренесуваат на течноста, се јавува повторена фина дисперзија на една од фазите, што предизвикува интензивен пренос на маса. Покрај извлекувачите на сито, се користат и спакувани пулсирачки столбови.

Ефективен метод за интензивирање на процесот на екстракција со предавање на пулсирања на течноста може да се користи и во други видови апарати за екстракција.

За сигурно одвојување на механизмот на пулсатор од работната средина при обработка на хемиски агресивни и радиоактивни материи, се користи мембрана (слика 9, в), мевче (слика 9, г) или пневматски уред (сл. 9, д). . Во вториот случај, меѓу клипот на пулсаторот и столбот се поставува тампон слој на воздух, кој наизменично се шири и се собира, давајќи вибрации на течноста во колоната.

Ориз. 9. Пулсирачки екстрактори за сито (А - тешка фаза, Б - лесна фаза): а - пулсаторот е прикачен на дното на столбот; б - пулсаторот е поврзан со цевководот за снабдување со лесна течност; в - пулсирањата се пренесуваат преку мембраната; г - пулсирањата се пренесуваат преку мев; г - пулсирањата се пренесуваат преку тампон слој на воздух (воздушна перница).

Екстракторите за пулсирање се многу ефикасни, тие овозможуваат екстракција без контакт на оперативниот персонал со течностите што се обработуваат, што е многу важно ако течностите се радиоактивни или токсични.

Во светската практика се користат пулсирачки столбови со сито со дијаметар до 3 m и спакувани столбови со дијаметар до 2 m.

Недостатоците на пулсирачките столбови вклучуваат големи динамички оптоварувања на основата, зголемени оперативни трошоци и тешкотија за обработка на лесно емулгирани системи.

Дел за пресметка

Задача 1. Пресметка на потребната потрошувачка на екстрактор во непрекинато оперативен контраструен екстрактор од типот „миксер-таложник“.

Определете ја: волуметриска (V E, m 3 /s) и маса (G, kg/s) потрошувачка на екстрактот.

Ја составуваме равенката за рамнотежа на материјалот за екстракција:

Одредување на волуметриска стапка на проток на екстракт:

3. Определување на стапката на проток на масата на екстрактивот:

Задача 2. Пресметка на потребниот број чекори на екстракција при екстракција на молибден од раствор со 0,3 М раствор на D2EHPA.

5. Пресметка на потребниот теоретски број на фази на екстракција:

Резултатот е заокружен на цели броеви.

(чекори)

Задача 3. Пресметка на ефикасноста на процесот на екстракција на Me сол (во екстрактор од типот „миксер-таложник“).

Волуметриска брзина на проток на екстракт
Дијаметар на турбинска мешалка со 6 сечила
Брзина на ротација на миксер
Вискозност на воден раствор
Вискозитет на екстракторот
Интерфејсна тензија
Коефициент на дистрибуција
Волумен на екстракција
Доцнење на екстракторот во екстракторот
Функција за напојување на мешалка
Густина на екстракт
Густина на воден раствор

Определи: ефикасност на екстракција.

Одредување на густината на смесата:

Пресметка на дијаметар на капки:

м

Пресметка на просечното времетраење на фазен контакт:

Со

Пресметка на ефикасноста на екстракција:

Чистење на одводи

Пример за екстракциски третман на отпадни води е третман на феноли во индустриите за кокс, нафтени шкрилци и преработка на јаглен; од анилин; од оцетна киселина; од епихлорохидрин во хемиската индустрија со органски растворувачи (бензен, етери и естри).

При екстракција на фенолна отпадна вода, бутил ацетат, диизопропил етер, бензен, итн. се користат како екстрактори за да се зголеми ефикасноста на екстракцијата на фенол, се предлага да се користат мешани растворувачи: бутил ацетат измешан со бутил алкохол, со диизопропил етер итн. , бутил ацетат или мешавина од бутил ацетат најчесто се користи со изобутил ацетат (феносолван), кои имаат висока способност за екстракција во однос на фенолите.

Инсталациите за екстракција на прочистување на отпадните води од феноли опфаќаат четири дела: 1) подготовка на фенолна отпадна вода за екстракција - одвојување на смолите со таложење и филтрирање, ладење на отпадните води, собирање на пареа од растворувачи и, доколку е потребно, карбонизација; 2) екстракција; 3) регенерација на екстрактивот од вода; 4) регенерација на растворувачи од екстракт и производство на комерцијални феноли.

Различни растворувачи (бензен, естри, масло за апсорпција итн.) можат да се користат за екстракција на третман на отпадни води од постројки за кокс, но најшироко се користи бензенот, добиен од коксирање на јаглен. Поради фактот што коефициентот на дистрибуција на бензен во однос на фенолот е мал (околу 2,2 на 20 °C), се користат значителни волумени на бензен и концентрацијата на фенолите во екстрактот е мала. Затоа, за регенерирање на бензен не се користат методи на дестилација, туку метод на апсорпција со воден раствор на алкали (метод на бензен-фенолат).

Методот на прочистување на бензен-фенолат ги вклучува следните фази: 1) одбивање на водата со таложење, филтрирање и миење со циркулирачки бензен; 2) екстракција на феноли од отпадни води со бензен; 3) прочистување на бензен од киселински гасови растворливи во него со миење со алкално-фенолат раствор; 4) екстракција на феноли од бензен со алкален раствор; 5) одвојување на растворен бензен од дефенолизирана отпадна вода. Добиените раствори на фенолати по прелиминарното испарување се испраќаат на преработка.

Некои постројки за кокс користат бутил ацетат, феносолван, масло од јаглен итн. како екстракти.

Методите на екстракција за дефенолизација на отпадните води имаат големи предности: висока ефикасност на прочистување, способност за екстракција на неиспарливи феноли итн.

Заклучок

Главната предност на процесот на екстракција во однос на другите процеси за одвојување течни смеси (дестилација, испарување и сл.) е ниската работна температура на процесот, која најчесто се изведува на нормална (собна) температура. Во овој случај, нема потреба да се троши топлина за испарување на растворот. Во исто време, употребата на дополнителна компонента - екстрактор - и потребата за нејзина регенерација доведува до одредена компликација на опремата и зголемување на цената на процесот на екстракција.

При екстракција на испарливи материи, екстракцијата може успешно да се натпреварува со ректификација во случаи кога раздвојувањето со ректификација е или тешко, а понекогаш и практично невозможно (одвојување на мешавините што се состојат од компоненти кои блиску вриеат и азеотропни мешавини) или е поврзано со прекумерно високи трошоци (екстракција на штетни нечистотии или вредни материи од високо разредени раствори).

Екстракцијата е незаменлива за раздвојување на мешавини од супстанции кои се чувствителни на покачени температури, како што се антибиотиците, кои може да се распаднат кога се одвојуваат со ректификација или испарување. Употребата на екстракција често може ефикасно да ги замени процесите како што се одвојување на супстанци со високо вриење со помош на висок вакуум, како што е молекуларната дестилација или одвојување на смесите со фракциона кристализација.

Употребата на екстракција за сепарација на мешавини на неоргански материи кога не се применливи други методи на сепарација е многу ветувачка. Процесите на екстракција на течност во моментов успешно се користат за преработка на нуклеарно гориво, за добивање на циркониум и хафниум и многу други ретки метали. Со помош на екстракција, може да се добијат обоени и благородни метали со висока чистота.

Во некои случаи, значителен ефект се постигнува со комбинирање на екстракција со други процеси на сепарација. Примери за такви комбинирани процеси се: раздвојување на ниско вриење и азеотропни мешавини со помош на екстрактивна ректификација, претконцентрација на разредени раствори со екстракција пред испарување и ректификација, кои се изведуваат со помала потрошувачка на топлина.

Библиографија

1. Ајнштајн В.Г. Општ тек на процесите и апарати на хемиската технологија. - М.: Хемија, 2002 - 1758 стр.

Дитнерски Ју.И. Процеси и апарати за хемиска технологија. Дел 2. - М.: Хемија, 2002 - 368 страници.

Zyulkovsky Z. Течна екстракција во хемиската индустрија. - Л.; Државна хемиска издавачка куќа, 1963 - 479 стр.

Карпачева С.М., Захаров Е.И. Пулсирачки екстрактори. - М.: Атомиздат, 1964 - 299 стр.

Касаткин А.Г. Основни процеси и апарати на хемиската технологија. - М.: Хемија, 1973 - 750 стр.

Леонов С.Б. Хидрометалургија. Дел 2. Изолација на метали од решенија и еколошки прашања. - 2000 - 491 стр.

Меретуков М.А. Процеси на екстракција на течност и сорпција на јонска размена во обоената металургија. - М.: Металургија, 1978 - 120 стр.

Плановски А.Н., Рам В.М. Процеси и апарати за хемиска технологија. - М., Издавачка куќа за хемија, 1966 - 848 стр.

Проскурјаков В.А. Shmidt L.I. Третман на отпадни води во хемиската индустрија. - L. Chemistry, 1977 - 464 страници.

Јагодин Г.А., Каган С.З. Основи на течно-течна екстракција. - М.: Хемија, 1981 - 400 страници.

Цел на работата:Стекнување вештини за пресметување на процеси и апарати за вадење третман на отпадни води.

Воведен дел.

Екстракција е селективно екстракција на компонента од течност (рафиниран шеќер) со помош на течен растворувач (екстрактант). Фазата што се збогатува со загадувачката супстанција се нарекува екстракт - пред контакт, а екстракт - по контакт.

Еден од условите за процесот на екстракција е меѓусебната нерастворливост и доволна разлика во густините на фазите (рафиниран шеќер и екстракт).

Екстракцијата на течност се состои од голем број технолошки операции:

Контактирање на течноста што треба да се прочисти со екстрактот;

Пренесување на компонента од една фаза во друга;

Фаза одвојување;

Регенерација на екстракт.

Екстракторите можат да бидат хоризонтални и вертикални, континуирани и периодични, едностепени и повеќестепени, вкрстено и контрапроточно, со снабдување со механичка енергија (за фазен контакт) и без довод на механичка енергија итн.

Наједноставниот тип на екстрактор е вертикална прскалка со континуиран фазен контакт (слика 2.1). Отпадната вода се внесува во шуплива вертикална цилиндрична колона одозгора, а екстрактот чија густина е помала од густината на водата се прска одоздола со помош на дисперзант (во форма на капки). Противструјното движење на фазите е обезбедено со гравитација, т.е. разлика во фазната густина (движечка сила). Добиените капки минуваат низ работната површина, го извлекуваат загадувачот и се собираат во горниот резервоар за таложење.

Отстранувањето на лесната фаза од горната зона на таложење не предизвикува никакви тешкотии преку цевката. Отстранувањето на тешката фаза бара посебно прилагодување, инаку целата течност може да се излее од дното. Наједноставниот уред е садот од Фиренца, чијшто принцип на работа се заснова на балансирање на колони течности (комуницирачки садови) кои се испуштаат со текови на лесни и тешки фази.

Барања за екстракторот:

Минимална меѓусебна растворливост со рафиниран шеќер;

Висока селективност;

Висок коефициент на дистрибуција и голем капацитет;

Доволна разлика во густината во споредба со рафинираниот шеќер;

Достапност, ниска цена, леснотија на регенерација;

Нетоксични, отпорни на експлозии, минимални корозивни ефекти.

Екстракцијата е ефикасна кога има висока содржина на растворени органски материи од техничка вредност во индустриските отпадни води. Најшироко се користи за прочистување на отпадни води од претпријатија за термички третман на цврсти горива (јаглен, шкрилци, тресет) кои содржат значителна количина на феноли.

Метод на пресметка

1. Фактор на екстракција:

каде што Cin и Cout се влезните и потребните излезни концентрации (MPC) на загадувачот во отпадните води.

2. Волуметриска стапка на проток на екстракт:

, m 3 / h, (2,2)

каде што Q SW е стапка на проток на отпадна вода, m 3 / h;

m - коефициент на дистрибуција.

3. Концентрација на екстрахираната супстанција во екстрактот (со оригиналниот чист екстракт):

мг/л. (2.3)

4. Потребен степен на екстракција:

. (2.4)

5. Пресек на апаратот:

, m 2 , (2,5)

каде што w е брзината на проток, m/s. Во пресметките w=0,02 m/s.

6. Дијаметар на столб:

, м (2,6)

7. Висина на столб: H=(5-7)D, m (2,7)

8. Висина на излезот TF (од равенката на комуникациски садови):

, m, (2,8)

Каде И – густина на LF и TF (вода), =1000 kg/m3;

И – висини на LF и TF (Слика 2.1). Прифаќајќи го тоа
, можете да поставите или (На пример, =H/7) и пресметајте ја висината на излезот TF.

Табела 2.1 - Почетни податоци (опции).