DERS 16

ÇIKARMA

16.1. SIVI-SIVI SİSTEMİNDE EKSTRAKSİYON

16.1.1. GENEL BİLGİ

Sıvı sistemde ekstraksiyon - sıvıçözünmüş bir madde veya maddelerin, ilkinde çözünmeyen veya neredeyse çözünmeyen, ancak ekstrakte edilen bileşenleri çözen özel bir başka sıvı yardımıyla bir sıvıdan ekstrakte edilmesi işlemidir.

Ekstraksiyonun şematik bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 16.1.1.

Antibiyotik" href="/text/category/antibiotik/" rel="bookmark">Yüksek sıcaklıklarda ayrışan antibiyotikler.

Çoğu durumda ekstraksiyon, rektifikasyonla birlikte kullanılır. Rektifikasyon için ısı tüketimi, başlangıç ​​çözeltisinin konsantrasyonunun artmasıyla azaldığından, çözeltinin ekstraksiyon yoluyla ön konsantrasyonu, başlangıç ​​karışımının ayrılması için ısı tüketiminin azaltılmasını mümkün kılar.

16.1.2. SIVI-SIVI SİSTEMİNDE DENGE

Dağıtılan maddenin bir sıvı fazdan (başlangıç ​​çözeltisi) diğerine (ekstraktan) geçişi, denge sağlanana kadar, yani fazlardaki kimyasal potansiyeller eşitlenene kadar gerçekleşir. Süreç üç bileşenden (K=3) ve iki aşamadan (F=2) oluşur. Faz kuralına göre sistem değişimi F=3 . Ancak ekstraksiyon işlemi sırasında sıcaklık ve basınç genellikle sabit tutulur. O zaman ekstraksiyon sisteminin değişimi bire eşit olacaktır.

Sonuç olarak, denge durumunda bir fazda dağıtılmış bir maddenin belirli bir konsantrasyonu, diğerinde belirli bir konsantrasyona karşılık gelir.

Ekstraksiyon işlemlerindeki denge, ekstrakte edilen maddenin her iki sıvı fazdaki - ekstrakt ve rafinattaki denge konsantrasyonlarının oranına eşit olan dağılım katsayısı φ ile karakterize edilir.

En basit sistemlerde, Berthelot - Nernst yasasına uygun olarak seyreltik çözeltiler yeterlidir; sabit bir sıcaklıkta dağılım katsayısı, dağıtılan maddenin konsantrasyonuna bağlı değildir ve φ = ur/x, Nerede sen, x- ekstrakt ve rafinattaki dağıtılmış maddenin denge konsantrasyonları. Bu durumda denge çizgisi düzdür:

DIV_ADBLOCK7">

Endüstriyel sistemlerde dağıtım katsayısı kural olarak deneysel olarak belirlenir.

Her iki sıvı fazın da birbiri içinde çözünmez olduğunu düşünürsek her faz iki bileşenli bir çözüm olacaktır. Bu durumda, diğer kütle transfer süreçlerine benzer şekilde ekstraksiyon süreci koordinatlarla gösterilebilir. sen- X.

Sıvı fazlar karşılıklı olarak kısmen çözünürse, ekstraksiyon sırasında her biri üç bileşenli bir çözelti olacaktır. Üç bileşenli karışımların bileşimleri üçgen koordinat sisteminde sunulmaktadır (Şekil 16.1.2).

DIV_ADBLOCK8">

Dağıtılacak maddeyi çıkarırken M bir karışımdan N ve ortaya çıkan bileşimlere karşılık gelen noktalar düz çizgi üzerinde yer alacaktır RM, ve çözelti ne kadar seyreltilirse üçgenin kenarına o kadar yakın olur L.E..

Malzeme dengesi" href="/text/category/balans_materialmznij/" rel="bookmark">malzeme dengesi

R+E=N,

Nerede: R, E, N- sırasıyla rafinatın, ekstraktın, ilk karışımın kütlesi, kg.

Elimizdeki kaldıraç kurallarına göre

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

Pirinç. 16.1.4. Üçgen diyagramında denge çizgisi

Homojen iki bileşenli çözümlerin bileşimleri M Ve L Ve M Ve e Diyagramın yanlarındaki noktalarla karakterize edilir LM Ve YEMEK YEMEK.Çözücüler L Ve e sadece küçük alanlarda homojen çözümler oluşturur LR Ve EE. Sahada solvent karışımı Re iki homojen iki bileşenli doymuş çözeltiye ayrılır R(doymuş Çözelti e V L) Ve e(doymuş Çözelti L V e). Ayrıca her iki katmandaki doymuş çözeltilerin miktarı noktanın konumuna göre belirlenir. N ve kaldıraç kuralına göre bulunur [(bkz. Denklem (16.1.2)].

Bir madde eklerken M bileşim karışımına N bir nokta ile karakterize edilen üçlü bir bileşim karışımı oluşturulur N1 düz bir çizgide uzanmak N.M.. Kompozisyonun karışımı https://pandia.ru/text/78/416/images/image009_88.gif" width = "92" height = "23 src = ">. Dağıtılan maddenin karışıma daha fazla eklenmesiyle M2 , M3 , ...bileşimlerin üçlü karışımlarını elde ederiz N2 , N3 ..., bunlar aynı zamanda denge bileşimleri R2 ve E2, R3 ve E3 vb. Aynı zamanda, N4 bileşimi ile söz konusu durumda fazlardan birinin kaybolduğu ana kadar denge akış hızlarının kütle oranları da değişir. Bundan sonra dağıtılacak maddeyi eklerken M bileşimin homojen üçlü çözeltileri oluşturulur N5 vb. Bağlanırsanız R 1 ve E1, R2 ve E2... düz çizgiler kullanarak denge akorları elde ederiz R1 E1,R2 E2,..., denge bileşimlerine karşılık gelir. Denge akorları bir noktada birleşir İLE, kritik denir. Denge akorunun eğimi, bileşenlerin doğasına ve fazların bileşimine göre belirlenir. Denge kompozisyonlarını karakterize eden noktaların birleştirilmesi R, R1 R2 , ... ve E, E1 E2, ..., düzgün bir eğri, bir denge eğrisi (binodal eğri) elde ederiz. Dal RK denge eğrisi solvent fazının denge bileşimlerini karakterize eder L, ve şube EC- solvent fazının denge bileşimleri E.

Üçgen diyagramdaki binodal eğri, iki fazlı karışımlara (binodal eğrinin altında) ve tek fazlı çözümlere (binodal eğrinin dışında) karşılık gelen bölgeleri belirler.

Şekil 2'de gösterilmiştir. 16.1.4 denge diyagramı sabit bir sıcaklık için çizilmiştir ve izoterm olarak adlandırılır.

Uygulamada belirli konsantrasyon aralıklarında kısmi çözünürlüğe sahip bileşenlerle uğraşmak zorundayız. Bileşenlerin davranışına göre üçgen diyagramlar sınırlı çözünürlüğe sahip iki ve üç bölgeyle birlikte gelir.

Sıcaklık aynı zamanda sistemin dengesini de etkiler. Bileşenlerin karşılıklı çözünürlüğü, kural olarak, artan sıcaklıkla artar; bu nedenle, heterojen sistemlerin varlık aralığı azalır. Artan sıcaklıkla birlikte, Şekil 2'deki binodal eğri. 16.1.4 eksene yaklaşacak L.E., çizginin altındaki alan ise RKe azalacak.

16.1.3. ÇIKARMA SIRASINDA KÜTLE AKTARIMI

Ekstraksiyon işleminin kinetik yasaları, kütle transferinin temel yasaları tarafından belirlenir.

Faz temasının yüzey alanını arttırmak için fazlardan biri diğer sürekli fazda damlacıklar halinde dağılır. Faz temasının yüzey alanı, dağılmış fazın ekstraktörde tutulması ve damlacıkların ortalama yüzey-hacim çapı ile belirlenir. Dağıtılan madde sürekli fazdan damlacıkların yüzeyine ve daha sonra damlacık içine veya tam tersine damlacıktan faz ara yüzü yoluyla sürekli faza yayılır.

Damlacıkların içindeki kütle transferi moleküler ve konvektif difüzyonla gerçekleştirilir. Damlacıkların içindeki konveksiyon, sıvının dolaşımı nedeniyle meydana gelir. Damlacıkların şekli ve boyutu, ekstraksiyon işlemi sırasında dispersiyon ve birleşme nedeniyle birçok kez değişir. Bu durumda arayüzey temas yüzeyi yenilenir.

Fick'in ikinci yasası, ekstraksiyon süreçlerinde kütle aktarımını tanımlamak için kullanılır.

Genel durumda sürekli ve dağınık fazlardaki difüzyon direnci ihmal edilemediğinde kütle transfer katsayısı aşağıdaki ifadelerle belirlenir.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image005_121.gif" genişlik = "12" yükseklik = "23 src = ">.gif" genişlik = "17" yükseklik = "24 src = ">. gif" width = "55" height = "24">. Daha sonra temel kütle transfer denklemi aşağıdaki gibi yeniden yazılacaktır:

Ana difüzyon direnci dağılmış fazda yoğunlaşmışsa, yani..gif" width=113" height=25 src=>.

Fazlardaki kütle aktarım katsayıları, deneysel verilere dayanarak elde edilen kriter denklemleri kullanılarak hesaplanır. Çıkarıcı tasarımlarını açıklarken kriter denklemleri aşağıda verilmiştir.

Ortalama itici güç, ölçek geçiş faktörü dikkate alınarak ve değeri hesaplama denklemlerine dahil edilerek hesaplanır.

16.1.4. EKSTRAKSİYON SÜREÇLERİNİN DİYAGRAMLARI VE HESAPLAMALARI

Endüstride periyodik veya sürekli ekstraksiyon aşağıdaki şemalara göre kullanılır: tek kademeli, çok kademeli ters akımlı ve çapraz akımlı ekstraktantlı çok kademeli.

Tek aşamalı ekstraksiyon Ayırma katsayısının yüksek olduğu durumlarda kullanılır. Şekil 2'de gösterilen şemaya göre periyodik ve sürekli olarak gerçekleştirilebilir. 16.1.5,a. Başlangıç ​​solüsyonu mikser aparatına yüklenir. F miktar olarak L kg solvent konsantrasyonu Hn ve özütleyici E, bunlar bir karıştırıcıyla karıştırılır ve daha sonra iki katmana ayrılır: ekstrakt e ve rafinasyon R.

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

Buna inanmak y=φX ve çıkarma modülü M= e/ L rafinat konsantrasyonlarını elde ederiz

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

Aynı zamanda çıkarma derecesi

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

Üçgen ve dikdörtgen diyagramlar üzerinde tek aşamalı çıkarma işlemini ele alalım (Şekil 16.1.5, M.Ö). Başlangıç ​​çözeltisi ekstraktant ile karıştırıldığında, bileşimi nokta ile karakterize edilen üçlü bir karışım oluşur. N, karıştırma hattında bulunur F.E.. Bu karışımın tabakalaştırılmasından sonra, bileşimleri noktalarla belirlenen bir ekstrakt ve rafinat oluşur. R Ve e, noktadan geçen denge akorunun üzerinde uzanıyor N. Ekstraktant modülü kaldıraç kuralına göre belirlenir: e/ F= FN/(TR)

Rafinat miktarı R= https://pandia.ru/text/78/416/images/image032_34.gif" genişlik = "79" yükseklik = "24">.

Rafinatın bileşimi noktaya göre belirlenir. RK, ve alıntı üçgenin kenarındaki Ek noktasıdır LM.

Ekstraksiyon modüllerinin ekstrem değerleri noktaları belirler N1 Ve N2 binodal eğri üzerinde: Ve .

Diyagramda başlangıç ​​çözeltisi ve özütleyici karşılıklı olarak çözünmediği zaman en-X ekstraksiyon işlemi düz bir çizgiyle temsil edilir AB, noktadan inşa etmek için hn açılı bir çizgi çizin DIV_ADBLOCK13">

Belirli bir konsantrasyonda rafinat elde etmek için ekstraksiyon modülü hk

Ekstraktantın modülü ne kadar büyük olursa, eğim açısının tanjantı ve rafinat ve ekstrakttaki ekstrakte edilen bileşenin konsantrasyonu o kadar az olur : Ve . Ancak ekstraksiyon modülü arttıkça rejenerasyon maliyeti de artar. Optimum ekstraksiyon faktörü değerleri 1,2'dir< mφ <2.

Çok aşamalı ekstraksiyon her birimin bağımsız bir kurulumu temsil ettiği çok bölümlü çıkarıcılar veya özütleme birimlerinde gerçekleştirilir. Çok aşamalı ekstraksiyon, ekstraktantın ters akışıyla, orijinal çözeltinin ve ekstraktantın çapraz akışıyla veya birkaç ekstraktantın varlığında kombine bir yöntemle gerçekleştirilebilir.

Karşı akım ekstraksiyonu çeşitli şemalara göre gerçekleştirilebilir. Örneğin sprey, paket ve plaka çıkarıcılarda, her iki fazın bileşimi aparatın uzunluğu boyunca sürekli olarak değişir. Diğer çıkarıcılarda veya tesislerde, her ikisinin veya bir fazın bileşimi, bölümden bölüme hareket ederken aniden değişir.

Çok bölümlü karşı akım kurulumlarında (Şekil 16.1.6, a) ilk çözüm F ve özütleyici e kurulumun karşıt uçlarından geliyor. Ekstrakte edilen bileşenin doygunluğa yakın konsantrasyonuna sahip bir ekstrakt, ilk aşamada başlangıç ​​çözeltisi ile etkileşime girer. F konsantrasyon hn.İlk aşamada üçlü karışım ayrıldıktan sonra konsantrasyonunda bir ekstrakt elde edilir. = senİle ve rafinat konsantrasyonu X1 . Rafinat bileşimi x1 ikinci aşamada E3 bileşiminin ekstraktı ile etkileşime girer. Ayırma sonrasında bileşimin rafinatı elde edilir R2 ve bileşim özü E2. Son n'inci aşamada ise ekstrakte edilen bileşendeki rafinat tükendi. Rn-1 Konsantrasyon taze ekstraktant ile etkileşime girer e konsantrasyon DIV_ADBLOCK14">

Çok aşamalı karşı akım çıkarma sürecini bir diyagramda gösterelim en- X(Şekil 16.1.6, B). Bunun için sürecin çalışma çizgisine ilişkin bir denklem oluşturalım.

Çıkarılan bileşen için tüm tesisin malzeme dengesini, çözeltinin ve ekstraktantın karşılıklı çözünürlüğünü ihmal ederek, 1 kg ekstraktant başına konsantrasyonlarda yazıyoruz:

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" genişlik = "151" yükseklik = "41 src = ">

bu, eğimin tanjantına sahip bir doğrunun denklemidir

https://pandia.ru/text/78/416/images/image047_21.gif" width="57" height="24"> ve noktaya kadar.

Kinetik çizginin konumu, ekstraksiyon katsayısı ve aparattaki hidrodinamik durum tarafından belirlenir.

Üçgen diyagramdaki süreç Şekil 1'de gösterilmektedir. 16.1.6 V.

Ekstraksiyon kurulumunun ilk bölümünde, ikincisinin ilk çözümünün akışı üzerine Fönceki ikinci aşamadan alınan ekstraktla etkileşime girer E2üçlü bir nokta karışımının oluşumu ile N1 , ayırma işleminden sonra bir ayırıcıda bir ekstrakt elde edilir E1 ve rafinasyon RI dengesiz kompozisyonun genel durumunda.

İkinci aşamada rafinasyon RIüçüncü aşamadaki ekstraktla etkileşime girer E3üçlü bir karışım oluşturarak N2 , şu şekilde bölünmüştür R2 ve E2.

Her bölümün giriş ve çıkışında faz bileşimlerine karşılık gelen iki noktanın çizgilerle birleştirilmesiyle FE1,RE2,R2 E3 vb. ve bunları sürdürerek kesişme noktasını elde ederiz R.

Çıkarıcının geri kalan bölümlerinde de benzer işlemler meydana gelir. Sonuç olarak, başlangıç ​​çözümü ekstrakte edilen bileşende tükenir ve ikincisini bırakır. n'inci konsantrasyon bölümleri hmm, ve ekstraktant, bileşenle nihai konsantrasyona kadar doyurulur İngiltere.

Çapraz akışlı ekstraktant ile ekstraksiyon, çeşitli bölümlerde sürekli olarak gerçekleştirilebilir (Şekil 16.1.7). ,A) veya periyodik olarak bir bölümde (Şekil 16.1.7) ,B).

İşlem sürekli olarak yürütüldüğünde başlangıç ​​çözümü F bir özütleyici ile işlendiği ilk bölüme tanıtılır E, ayırma sonrasında rafinat elde edilir R1 ve çıkar . Rafine R1 tekrar taze ekstraktantla işlendiği ikinci bölüme alınır. E. Ekstraktlar E1 Ve E2 kurulumdan çıkarılır ve rafinat bileşimi R2 işlemin tekrar tekrarlanacağı bir sonraki bölüme girer. Sonuç olarak, belirli bir bileşimin rafinatı elde edilir Rn ve değişken bileşimli ekstrakt E1, E2,..., Ep.

DIV_ADBLOCK16">

https://pandia.ru/text/78/416/images/image035_26.gif" width = "16" height = "15 src = ">, tanjantı çıkarma modülü tarafından belirlenir.

Çok aşamalı karşı akımlı ekstraksiyon, çapraz akışlı ekstraksiyona göre daha verimli bir işlemdir. Karşı akımlı ekstraksiyonla, prosesin daha yüksek bir ortalama itici gücü elde edilir. Kurulumun başında ve sonunda itici gücün eşitlenmesi nedeniyle, bileşenin çözümden daha eksiksiz bir şekilde çıkarılması sağlanırken, ekstraksiyon modülü azaltılır. Çapraz akıştaki ekstraksiyonla karşılaştırıldığında, aynı saflaştırma derecesini elde etmek için gereken sayıda temas aşaması vardır.

16.1.5. ÇIKARICI TASARIMLARI VE HESAPLAMALARI

Ekstraksiyon proseslerinde kütle transferinin verimliliği, kütle transfer yüzeyinin alanı ve prosesin ortalama itici gücü ile orantılıdır. Ekstraktörlerde kütle aktarım yüzey alanını arttırmak için sıvı fazlardan biri diğerine damlalar halinde dağıtılır ve dağıtılır. Kütle transfer süreci dağılım ve sürekli fazlar arasında gerçekleşir. Süreci en büyük itici güçle gerçekleştirmek için, ideal yer değiştirmeye yaklaşan koşullar altında çıkarıcılarda akışların etkileşimi düzenlenir. Bu, prosesin paketlenmiş, santrifüjlü ekstraktörlerde ince bir tabaka halinde gerçekleştirilmesi, ekstraktörlerin bölümlere ayrılması veya çok aşamalı kesitsel ekstraksiyon ünitelerinin kullanılmasıyla elde edilir.

Proses organizasyonu ilkesine göre ekstraktörler sürekli veya periyodik olabilir.

Faz teması yöntemine bağlı olarak ekstraktörler üç gruba ayrılabilir: adımlı veya kesitsel, diferansiyel temas ve karıştırma ve çökeltme.

Kademeli (kesitli) çıkarıcılar fazlardaki konsantrasyon değişiminin aniden meydana geldiği ayrı bölümlerden oluşur. Bazı durumlarda her bölüm ideal bir karıştırma aparatının konsantrasyon alanına yaklaşır. Bu tür birkaç bölümden oluşan bir ekstraktör, konsantrasyon alanı açısından ideal bir yer değiştirme aparatına yaklaşır.

Kötü ayrılmış emülsiyonlar durumunda her ekstraksiyon bölümünden sonra faz ayrımına duyulan ihtiyaç, ekstraktörün boyutunda önemli bir artışa yol açabilir.

Diferansiyel kontak çıkarıcılar fazlar arasında sürekli temas ve fazlardaki konsantrasyonlarda düzgün ve sürekli bir değişim sağlar. Bu tür cihazlarda fazların uzunlamasına karışması nedeniyle ideal yer değiştirme cihazlarına kıyasla ortalama tahrik kuvvetinde önemli bir azalma olabilir.

Sıvı fazın dağılması için enerji gereklidir. Harcanan enerjinin türüne bağlı olarak ekstraktörler harici enerji beslemeli veya beslemesiz olabilir. Dış enerji, karıştırma cihazları, vibratörler ve pulsatörler aracılığıyla, örneğin titreşim pulsasyon çıkarıcılarında, merkezkaç çıkarıcılarda merkezkaç kuvveti, enjeksiyon ve ejektör çıkarıcılarda jetin kinetik enerjisi şeklinde etkileşimli fazlara aktarılabilir.

Karıştırma ve çökeltme çıkarıcıları her biri bir karıştırıcı ve bir ayırıcı içeren birkaç aşamadan oluşur. Karıştırıcıda, harici enerjinin sağlanması nedeniyle, sıvı fazlardan biri, diğer sürekli fazda dağıtılan bir dispersif faz oluşturmak üzere dağıtılır. Dağınık faz, hafif veya ağır bir faz olabilir.

Bir çökeltme tankı olan separatörde ve modern tesislerde bir separatörde emülsiyon, rafinat ve ekstrakt olarak ayrılır. En basit karıştırma ve çökeltme ekstraktörünün diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 16.1.9.

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

Pirinç. 16.1.10. Disk çıkarıcı:

1 – silindirik gövde; 2 – taşma cihazı; 3 – elek plakaları

Dağınık faz (hafif veya ağır), plakalardaki deliklerden geçer ve damlacıklar halinde ezilir. Sürekli faz plaka boyunca taşma durumundan taşma noktasına doğru hareket eder. Plakalar üzerindeki damlacıklar birleşerek plakanın üstünde (ağır sıvı) veya plakanın altında (hafif sıvı) sürekli bir sıvı tabakası oluşturur. Destek katmanı ekstraktörü yüksekte keser ve sıvının plakaların deliklerinden dağıtılması için destek sağlar. Ekstraktörün bölümlere ayrılması, fazların geri karışmasını azaltır ve prosesin ortalama itici gücünde bir artışa yol açar.

Plakanın deliklerindeki dağılmış fazın hızı, jet modunu oluşturma koşullarından belirlenir. Damlama modundan jet moduna geçişe karşılık gelen kritik hız, deliklerin çapına bağlıdır:

vİleP=4,4/ D0 .

Ekstraktörü stabil bir jet modunda çalıştırmak için hız, kritik hıza kıyasla yaklaşık %20 artırılır.

Dağınık fazdaki kütle aktarım katsayılarını belirlemek için şu ifadeyi önerebiliriz:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image057_24.gif" width = "116" height = "25 src = "> - difüzyon Nusselt sayısı (burada (βd - dağılmış fazdaki kütle transfer katsayısı; Dah- eşdeğer damla çapı; Dd - dağılmış fazdaki difüzyon katsayısı); bir damla için Reynolds kriteridir (burada sürekli fazdaki damlanın bağıl hızı; vc sürekli fazın kinematik viskozitesidir); - Dağınık faz için Prandtl difüzyon kriteri (burada v- dağılmış fazın kinematik viskozitesi).

Döner disk çıkarıcı(Şekil 16.1.11), fazların mekanik olarak karıştırıldığı ekstraktörleri ifade eder. Eksen boyunca yuvarlak yatay disklere sahip bir rotorun monte edildiği silindirik bir gövdede dikey çok kesitli bir aparattır. Diskler, ekstraktör bölümünün orta düzleminde döner ve dairesel bölmelerle ayrılır; bu, akışların uzunlamasına karışmasını önler ve prosesin itici gücünün artmasına yardımcı olur. Rotor döndüğünde diskler, rotor ekseninden çıkarıcının duvarlarına yönlendirilen sürekli fazın eksenel akışlarını oluşturur.

DIV_ADBLOCK20">

Rotor diski çapı Dpçıkarıcı çapının 0,5...0,7'si ve halka şeklindeki bölmelerdeki deliklerin çapıdır D =(0,6...0,8) Dah(Nerede Dah- çıkarıcı çapı), kesit yüksekliği H=(0,15...0,3) Dah.

Diğer tasarımlarda açık türbin karıştırıcıları her bölümün orta düzlemindeki rotor üzerinde bulunur. Bölümleme halka bölmeler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu tür çıkarıcılarda karıştırma ve ayırma bölgeleri dönüşümlü olarak çalışır.

Halka şeklindeki bölmeler yerine, karıştırma bölgeleri, üçlü karışımın hafif ve ağır sıvıya ayrıldığı Raschig halkaları gibi bir dolgu katmanıyla ayrılabilir. İncirde. Şekil 16.1.12'de türbin karıştırıcıları ve Raschig halkalarıyla doldurulmuş çökeltme bölgeleri bulunan bir çıkarıcı gösterilmektedir.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image063_17.gif" width = "157" height = "27 src = ">yüksek kütle aktarım katsayılarını ve fazlar arası temas yüzey alanını belirler; reaksiyon hacminin bölünmesi ortalama itici kuvvetin ideal bir yer değiştirme aparatına yakın değerlere yükselmesine yol açan bölümlere ayrılır, bu da çıkarıcının üretkenliğini ve verimliliğini değiştirmenize olanak tanır;

Döner ekstraktörleri hesaplamak ve modellemek için, oluşan damlacıkların boyutunu, dağılmış fazın ekstraktörde tutulma süresini, kütle transfer katsayılarını, sürekli ve dağılmış fazlar için ekstraktörün maksimum yükünü, boylamasına ve dağılmış fazları bilmek gerekir. fazların enine karışımı.

Difüzyon direnci sürekli fazda yoğunlaşmışsa, kütle transfer katsayısı denklemden belirlenebilir.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image065_18.gif" width = "116" height = "25 src = "> - Nusselt yayılma kriteri; βс- sürekli fazda kütle transfer katsayısı; https://pandia.ru/text/78/416/images/image067_19.gif" width = "119" height = "25 src = "> (16.1.11)

burada: Sabit damlalar ve dahili sirkülasyonlu damlalar için sırasıyla A = 6,58 ve 17,9, yani βd damlanın ortalama hacim çapıyla ters orantılıdır.

Dahili sıvı sirkülasyonu olan damlalar için

DIV_ADBLOCK22">

DIV_ADBLOCK23">

Çıkarma plakalarındaki deliklerin boyutu 3...5 mm'dir, tüm deliklerin alanının kolonun kesit alanının %20...25'ine eşit olduğu varsayılır; plakalar arasındaki mesafe 50 mm'dir.

Dikdörtgen delikli ve kılavuz kanatlı tepsilerde daha iyi dağıtım ve dispersiyon elde edilir.

Titreşimli ekstraktörlerde, plaka bloğunun titreşimi, titreşimli ekstraktörlerdeki sıvının titreşiminden daha yüksek frekanslarda ve daha düşük genliklerde meydana gelir. Bir plaka bloğunun titreşimi için enerji tüketimi, tüm sıvı sütununu hareket ettirmek için titreşim çıkarıcılara göre çok daha azdır.

Darbe ve titreşim çıkarıcıların avantajı, kütle aktarım katsayılarının, sürecin ortalama itici kuvvetinin ve geliştirilen faz temas yüzeyinin arttırılmasıyla elde edilen etkili kütle aktarımıdır. Bu tür ekstraktörlerdeki VETS, plaka elek ekstraktörlerine göre 5...6 kat daha düşüktür.

Yüksek spesifik yükler, döner diskli çıkarıcılarda izin verilen yükleri aşıyor.

Kütle transferinin yüksek verimliliği, ekstraksiyon ekipmanının metal tüketimini önemli ölçüde azaltmayı mümkün kıldı ve bu da sermaye maliyetlerinde azalmaya yol açtı.

Aynı zamanda titreşim ve titreşim çıkarıcılar, önemli dinamik yüklere dayanabilecek daha güçlü temellere ihtiyaç duyar. Bu tür çıkarıcıların işletme maliyetleri, geleneksel disk çıkarıcılara göre biraz daha yüksektir.

Santrifüjlü ekstraktörlerde (Şekil 16.1.14), ekstraksiyon, karşı akımda hareket eden fazların minimum etkileşim süresiyle sürekli temasıyla gerçekleşir.

Üst ve alt olmak üzere iki kasadan oluşan makine gövdesinde, üzerine rotor monte edilmiş bir mil bulunmaktadır. Şaftın her iki ucu da oyuktur ve "boru içinde boru" tipinden yapılmıştır ve orta kısmında hafif sıvıyı boşaltmak için kanallar bulunan sağlamdır. Şaft, rotorla birlikte yaklaşık 4500 dk-1 frekansta döner.

İşlenmekte olan çözelti ve özütleyici, Şekil 2'de gösterildiği gibi, içi boş milin karşıt uçlarından çıkarıcıya girer. 16.1.14. Hafif sıvı tahrik tarafından, ağır sıvı ise milin karşı ucundan beslenir. Mil, çift mekanik conta kullanılarak sızdırmaz hale getirilmiştir. Sızdırmazlık sıvısı, ekstraktörde işlenen sıvıdır.

Rotorun içinde eşmerkezli V şeklinde halkalardan oluşan bir paket bulunmaktadır. Rotorda hafif ve ağır sıvıların geçişi için kanallar bulunur. Ağır sıvı rotor paketinin orta kısmına girerken, hafif sıvı rotorun çevresel kısmına girer. Rotor halka paketi ile birlikte döndüğünde, merkezkaç kuvvetinin etkisi altındaki ağır sıvı rotorun dış çevresine doğru akar ve hafif sıvı rotor miline doğru hareket eder. Böylece sıvılar ters akımla temas eder. Sıvının damlacıklar halinde tekrar tekrar dağılması ve damlacıkların birleşmesi nedeniyle yüksek ekstraksiyon verimliliği elde edilir.

Üçlü karışım ayrıldıktan sonra, sıvılar rotordaki kanallar aracılığıyla içi boş mile boşaltılır: ağır sıvı tahrik tarafından boşaltılır ve hafif sıvı ağır milin giriş tarafından milin karşı ucundan boşaltılır. sıvı.

Faz inversiyonu rotorun içinde meydana gelir. Rotorun çevresel kısmında hafif bir sıvının dağılmış fazı, ağır bir sıvının sürekli fazı ile etkileşime girerse, o zaman rotor eksenine bitişik alanda, tam tersine, ağır bir sıvının dağılmış fazı, ağır bir sıvının sürekli fazı ile temasa girer. hafif bir sıvının sürekli fazı.

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

Pirinç. 16.1.15. Sürekli ekstraksiyon ünitesinin şeması :

1,2 - pompalar ; 3,4,5,6 - konteynerler ; 5 - çıkarıcı

Çıkarıcıların performansı, çıkarıcının "su basmasına" karşılık gelen maksimum yüke göre belirlenir. "Taşma" noktasında yük, cihazın maksimum tutma kapasitesine ve damlacıkların sabit sürekli fazdaki ortalama çökelme hızına eşit karakteristik damlacık hızına göre hesaplanır.

Thornton-Pratt denklemini kullanalım

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

ve çıkarıcının tutma kapasitesini bulun

https://pandia.ru/text/78/416/images/image078_15.gif" width="41" height="24">. Düşmelerin karakteristik hızı v0 her bir ekstraktör tipi için karşılık gelen denklemlerle belirlenir.

Sürekli fazın çalışma hızı sınırın %20...40 altında olacak şekilde alınır:

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

Nerede: HİleVeH d sırasıyla sürekli ve dağınık fazlardaki transfer birimlerinin yüksekliğidir; - ekstraksiyon faktörü.

Değerler HİleVeH d, kütle transfer katsayılarının değerine bağlı olarak belirlenir:

https://pandia.ru/text/78/416/images/image083_12.gif" width = "17" height = "24 src = "> ve H d - sürekli ve dağılmış fazlardaki kütle transfer katsayıları sırasıyla kmol/(m2*s*kmol/kmol); - spesifik yüzey alanı, m2/m3.

βc, βD değerleri, belirli bir tipteki çıkarıcılar için elde edilen kriter ve ampirik denklemler kullanılarak hesaplanır. Örneğin, elek tepsili paketli ve plaka çıkarıcılar için denklem, dağılmış fazdaki kütle transfer katsayısını hesaplamak için kullanılabilir.

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

Sürekli fazdaki kütle transfer katsayıları yaklaşık olarak denklemle belirlenebilir.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image088_15.gif" genişlik = "26" yükseklik = "31 src = ">.gif" genişlik = "16" yükseklik = "17 src = ">c - sürekli fazın yoğunluğu, kg/m3; µс - sürekli fazın dinamik viskozitesi, Pa s); Рrc=μs/s DC- Sürekli faz için Prandtl kriteri (burada DC- sürekli fazdaki difüzyon katsayısı, m2/s).

Döner disk çıkarıcılar için, dağılmış fazdaki kütle transfer katsayısı denklem (16.1.12) ile ve sürekli fazda (16.1.10) ile belirlenir.

Kütle transfer katsayıları veya EEP transfer birimlerinin yüksekliği hakkında veri bulunmadığı durumda ekstraktörün yüksekliği, konsantrasyon değişiminin teorik adımlarının sayısı belirlenerek hesaplanır.

Kontrol soruları

1. Ekstraksiyon sürecinin özü nedir? Ekstraksiyon işleminde hangi bileşenler yer alır? 2. Ekstraksiyon işlemi sırasında dengeyi hangi faktörler belirler? Dağılım katsayısı neye bağlıdır? 3. Ekstraksiyon işlemindeki denge hangi koşullar altında düz bir çizgiyle tanımlanır? 4. Hangi diyagramlar ekstraksiyon süreçlerini gösteriyor? 5. Ekstraksiyon prosesi hangi durumlarda dikdörtgen y-x diyagramında gösterilebilir? 6. Gıda endüstrisinde hangi ekstraksiyon proses diyagramları kullanılır? 7. Ekstraksiyon modülü nedir ve proses çalışma hattının konumunu nasıl etkiler? y-x diyagramında karşıt akım çıkarma işlemi üçgen diyagramda ve y-x koordinatlarında nasıl gösterilmektedir? 9. Çıkarma işlemleri hangi cihazlarda gerçekleştirilir? 10. Çıkarma işlemleri hangi yasalara uyar? genel ve özel durumlarda kütle transfer katsayısını hesaplayın? Karıştırma cihazlı ekstraktörlerin yerçekimine göre avantajları nelerdir? 13. Santrifüj ekstraktörlerin çalışma prensibi nedir? 14. Ne gibi avantajlara sahiptir? çıkarıcıların kinetik hesabı nedir? 15. Bir sütunun yüksekliğini belirleyen değerler nelerdir?

16.2. KATI GÖVDE SİSTEMİNDE EKSTRAKSİYON-SIVI

16.2.1. GENEL BİLGİ

Liç(özel bir ekstraksiyon durumu), seçici yeteneğe sahip bir çözücü kullanılarak bir veya daha fazla maddenin bir katıdan ekstraksiyonudur.

Gıda endüstrisinde bitki veya hayvan kökenli kılcal gözenekli gövdeler liç yoluyla arıtılır.

Aşağıdaki çözücüler kullanılır: su - pancardan, kahveden, hindibadan, çaydan şeker çıkarmak için; alkol ve su-alkol karışımı - alkollü içecek ve bira-alkolsüz üretiminde infüzyon elde etmek için; benzin, trikloretilen, dikloroetan - yağ çıkarma ve uçucu yağ üretiminde vb. Liç, pancar şekeri üretiminde ana işlemdir; şeker pancarından şeker çıkarmak için kullanılır. Bitkisel yağ, ayçiçeği tohumlarından benzin kullanılarak elde edilir.

Liç işlemini genellikle bir proses akışında filtreleme, buharlaştırma ve kristalizasyon prosesleri takip eder.

16.2.2. SIZDIRMANIN STATİĞİ VE KİNETİĞİ

Liç işlemi, bir çözücünün katının gözeneklerine nüfuz etmesini ve ekstrakte edilen maddelerin çözünmesini içerir.

Süzme dengesi, çözünen maddenin kimyasal potansiyeli ile katı maddedeki kimyasal potansiyeli eşitlendiğinde kurulur. Doygunluğuna karşılık gelen bir çözeltinin elde edilen konsantrasyonuna çözünürlük denir.

Katı bir cismin yüzeyine yakın bir yerde denge kısa sürede kurulur. Bu nedenle kütle transfer sürecini analiz ederken katı-çözücü arayüzündeki konsantrasyonun doymuş çözelti konsantrasyonuna eşit olduğu varsayılmaktadır. sahibiz.

Liç kinetiğinin ana görevi, ekstrakte edilen maddenin belirli bir derecede ekstraksiyonunu sağlamak için gerekli olan etkileşimli fazların temas süresini belirlemektir. Faz temasının süresi ekstraksiyon aparatının boyutunu belirler.

Süzme sırasındaki kütle transferi, katının iç yapısından büyük ölçüde etkilenir: kılcal damarların boyutu ve şekli ve parçacıkların kimyasal bileşimi. Kütle aktarım hızı katının iç yapısına bağlıdır. Bölüm 4.1'de belirtildiği gibi, gözenekli bir cismin iç yapısının karmaşıklığı, kılcal gözenekli bir cisim içindeki kütle aktarımı sürecini analitik olarak tanımlamayı zorlaştırır.

Süzme, bir çözücünün bir katının gözeneklerine difüzyonundan, ekstrakte edilen maddelerin veya maddelerin çözünmesinden, ekstrakte edilen maddelerin katı içindeki kılcal damarlarda faz arayüzüne ve kütleye difüzyonundan oluşan karmaşık, çok aşamalı bir işlemdir. sıvı solvent içindeki özütlenebilir maddelerin faz ara yüzeyinden özütleyici akışının merkezine aktarılması.

Listelenen sürecin dört aşamasından genel kütle aktarım hızını sınırlayanlar, kural olarak son ikisidir, çünkü ilk iki aşamadaki kütle aktarım hızı, kütle aktarım hızıyla karşılaştırıldığında genellikle önemli ölçüde daha yüksektir. sonraki iki aşama.

Dolayısıyla kütle transferinin toplam difüzyon direnci, katı içindeki ve çözücü içindeki difüzyon dirençlerinden oluşur.

Bir maddenin kılcal gözenekli bir gövde içindeki difüzyon hızı, bilindiği gibi kütle iletkenlik denklemi (12.30) ile tanımlanır.

Ekstraktant akışının faz arayüzünden çekirdeğine kütle aktarım hızı, kütle aktarım denklemi (12.15) ile tanımlanır.

Kütle iletkenliği oranları ile kütle aktarımı arasındaki ilişkiyi değerlendirmek için Biot kriteri kullanılır [bkz. denklem (12.32)].

Bitki ve hayvan kökenli kılcal gözenekli gövdelerde özellikle düşük oranda kütle iletkenliği meydana gelir.

İncirde. Şekil 16.2.1'de bir bitki hücresinin yapısının diyagramı gösterilmektedir.

https://pandia.ru/text/78/416/images/image095_13.gif" width = "200" height = "24 src = "> ve düşük konsantrasyonlu bölgede -

Ana difüzyon direncinin sıvı fazda yoğunlaştığı durumda, süreci tanımlamak için kütle transfer denklemi (12.15) kullanılabilir.

Liç işleminin itici gücü, ekstrakte edilen maddenin katı yüzeyindeki konsantrasyonu ile ekstraksiyon maddesi kütlesindeki ortalama konsantrasyonu arasındaki farktır. usr.

Bu durumda sürecin hızı

https://pandia.ru/text/78/416/images/image099_11.gif" width = "21" height = "25 src = "> - sıvı fazda kütle transfer katsayısı.

δ kalınlığındaki bir sınır tabakasındaki moleküler difüzyon hızı, Fick denklemi (12.9) ile belirlenir.

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

burada: https://pandia.ru/text/78/416/images/image103_11.gif" width = "59" yükseklik = "21"> . Daha sonra (16.2.1)'den bunun D2/3 ile orantılı olduğu sonucu çıkar. Belirtilen bağımlılığı dikkate alarak deneysel verileri genelleştirerek, kütle transfer katsayısını hesaplamak için bir denklem elde edildi https://pandia.ru/text/78/416/images/image104_11.gif" width="143" height=" 27 kaynak => (16.2.3)

burada: https://pandia.ru/text/78/416/images/image106_10.gif" width="85" height="21"> - Reynolds kriteri (burada) v- ekstraksiyon hızı; µ - ekstraktantın dinamik viskozitesi); pr= v/ D- Prandtl kriteri.

İfadeden (16.2.2), β'nın difüzyon katmanının δ kalınlığının azalmasıyla arttığı açıktır. Sınır tabakası teorisinden, difüzyon tabakasının kalınlığının Reynolds kriterinin artmasıyla, yani ekstraktantın bağıl hızının artmasıyla (katı parçacıklara göre) azaldığı bilinmektedir. Sonuç olarak, katı malzemenin öğütülmesi de dahil olmak üzere etkili bir hidrodinamik ortam yaratılarak liç işlemi yoğunlaştırılabilir.

Öğütme, kütle transfer yüzeyinde bir artışa yol açtığı gibi, çıkarılan malzemenin kılcal damarların derinliklerinden malzeme yüzeyine difüzyon yolunun da azalmasına neden olur. Sıcaklık arttıkça kütle iletkenlik katsayısının da artması nedeniyle ekstraktantın kaynama noktasına yakın sıcaklıklarda liç işlemi gerçekleştirilmektedir. Aynı zamanda, unas'ın doymuş çözeltisinin konsantrasyonu da artar, bu da liç ve çözünmenin itici gücünde bir artışa yol açar.

Gıda hammaddelerinin özel işlenmesiyle kütle iletkenlik oranı da artırılabilir, bu da hücredeki difüzyon direncinin azalmasına yol açar.

Uygulamada, verimli hidrodinamik koşullara sahip ekstraktörlerde, örneğin akışkan yataklı ekstraktörlerde ve ayrıca titreşimli ve titreşimli ekstraktörlerde prosesin yoğunlaştırılması sağlanabilir.

Belirtildiği gibi, akışkan yatakta ezilmiş malzemelerle işlemlerin gerçekleştirilmesi, kütle transfer yüzeyinde keskin bir artışa ve difüzyon direncinde bir azalmaya yol açar.

Bölüm 4.4'te, etkileşim halindeki fazların düşük frekanslı titreşimlerinin ekstraksiyon sürecinin önemli ölçüde yoğunlaşmasına yol açtığı belirtilmiştir.

16.2.3. EKSTRAKSİYON CİHAZLARININ HESAPLANMASI

Son yıllarda geliştirilen, katıdan ekstraksiyon işlemlerinin hesaplanmasına yönelik bölgesel yöntem, durağan olmayan kütle iletkenliği probleminin çözümüne dayanmaktadır. Düzenli geometrik şekle sahip cisimlerde işlemin süresini hesaplamak için denklem (18.11) kullanılabilir. Ancak kütle iletkenlik katsayılarına ilişkin deneysel verilerin bulunmaması nedeniyle bu yöntemin hesaplama pratiğinde kullanılması zordur. Bu nedenle ekstraktörleri hesaplamak için konsantrasyon değişiminin teorik adımlarının sayısını belirlemeye dayanan bir yöntem kullanılır. Verimlilik katsayılarının hesaplamalara dahil edilmesi, çok kademeli cihazların gerçek kademe sayısını veya cihazın uzunluğunu belirlemeyi mümkün kılar.

Üçgen bir diyagram kullanarak teorik adımların sayısını belirlemek için grafiksel bir yöntem düşünelim (Şekil 16.2.2). Hesaplama kolaylığı için diyagramı eşkenar üçgen yerine dik üçgen şeklinde hayal edelim.

Ekstrakte edilecek ilk katı maddenin çözünmeyen bir L bileşeni ve çözünür bir bileşenden oluşmasına izin verin. M, sıvı ekstraktantla ekstrakte edilen E.İşlem sonucunda ekstraktandan oluşan bir ekstrakt elde edilir. e ve içinde çözünen madde M, ve çözünmeyen bir maddeden oluşan rafinat L gözeneklerinde belli miktarda madde bulunan M, ekstraktantta çözünmüş E.

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

Pirinç. 16.2.3. Çok bölümlü karşı akım katı-sıvı ekstraksiyon şeması

Ekstrakte edilen maddenin E Çözeltisi Mözütleyici maddede e buna üst akış diyelim ve akış R katı karışımlar Lçıkarılabilir madde ile M- alt akış.

Malzeme dengesi denklemleri aşağıdaki gibi yazılacaktır:

F+ e= R y ve

Süzgeç (Şekil 16.2.5), konik tabanlı ve kapaklı dikey silindirik bir aparattır. Alt kısımda, üst kapaktan üzerine ezilmiş katı malzeme tabakasının yüklendiği bir ızgara bulunmaktadır. Süzme işleminden sonra malzeme alt menteşeli kapaktan boşaltılır.

Bunker" href="/text/category/bunker/" rel="bookmark">pancar cipslerini yüklemek için bir bunker ve posayı cihazdan çıkarmak için helezonlar.

Aparat içerisinde talaşlar iki paralel vida ile aşağıdan yukarıya doğru hareket ettirilmektedir. Burgular, sarmal bir çizgi boyunca yerleştirilmiş bıçaklardan oluşur. Her bir burgunun bıçakları diğerinin bıçaklar arası boşluğuna girer. Vidaların bu şekilde düzenlenmesi, talaşların aparatın uzunluğu boyunca düzgün hareket etmesini sağlar ve pancar talaşlarının bıçaklarla birlikte dönme olasılığını önler. Aynı amaçla kapakların alt kısmına karşı bıçaklar ve bölmeler yerleştirilmiştir.

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

Pirinç. 16.2.7. Çift kolonlu difüzyon aparatı:

1.5 - bağlantı parçaları; 2 - döner atıcı; 3 - tambur; 4 - gövde; 6 - zincir; 7 - çerçeve

Talaşları cihaza beslemek için bir tırmık konveyörü ve bir talaş atıcı kullanılır. Isıtılmış meyve suyu nozullar aracılığıyla makineye verilir.

Difüzyon suyu, hazneye yerleştirilmiş konik deliklere sahip, kendi kendini yenileyen elekler ve bir boru aracılığıyla aparattan alınır. Barometrik su aparata üst sıradaki nozullardan girer ve kağıt hamuru suyu alt sıradan girer.

Aparata giren talaşlar aparattan boşaltılacağı yere doğru hareket eder. Barometrik ve posa suyu ikinci kolonun üst kısmına pancar cipslerine ters akımla beslenir. Difüzyon suyu üretime gönderilir ve kağıt hamuru preslere veya kağıt hamuru deposuna gönderilir. Bazı tesislerde barometrik ve posa suyu önce büyük bir karıştırma tankına, ardından karışımı ısıtmak için bir ısıtıcıya beslenir.

Söz konusu aparatın tasarımında pancar cipsleri aparatın içinde haşlanır ve ilave bir haşlayıcı kurulumuna gerek kalmaz. Haşlama amaçlı meyve suyu ısıtıcılarda belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılır.

Katı malzemenin kovalarla taşındığı aparat tasarımları mevcuttur.

Çerçeveli veya kovalı zincirli taşıma cihazlarının kullanılması, katı madde kütlesinin çerçevelerde veya kovalarda sıkışmasına neden olur ve bu da çıkarma işlemini olumsuz etkiler. Kanatlı şaftlara ve karşı bıçaklara sahip difüzyon aparatlarında, talaşların önemli ölçüde öğütülmesi meydana gelir, bu da aparat içindeki difüzyon suyunun filtrelenmesini zorlaştırır ve dolayısıyla ekstraksiyon oranını azaltır. İri pancar cipslerinin kullanılması sonucunda difüzyon içi direncin artmasına bağlı olarak ekstraksiyon oranı da düşmektedir.

Asma yataklı difüzyon cihazlarının bu dezavantajları yoktur. Prof. tarafından geliştirilen iki sütunlu bir aparatta (Şekil 16.2.8). , pancar cipsi süspansiyon halindedir. Aparattaki içerikleri hareket ettiren itici güç, birinci ve ikinci sütunlardaki malzemenin üzerindeki basınç farkıdır. Piston taşıma cihazı yukarı doğru hareket ettiğinde altında bir vakum oluşturulur. Pancar cipsleri, difüzyon suyuyla belirli bir seviyeye kadar dolu olan ilk sütunun üst kısmına girer. Meyve suyu seviyesi bir seviye göstergesi kullanılarak korunur. Böylece pancar cipsleri difüzyon suyuna girer ve aparat boyunca eşit şekilde dağıtılır.

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

Nerede: VP- cihazın faydalı hacmi, m3; Q- Aparatın faydalı hacminin birimi başına düşen talaş kütlesi, kg/m3 (kolonlu aparatlar için) Q=600...700 kg/m3); τ - ekstraksiyon işleminin süresi, s.

Bant çıkarıcılar (Şekil 16.2.9) ayçiçeği tohumlarından yağ çıkarmak için kullanılır. Katı faz - ezilmiş tohumlar bant boyunca ince bir tabaka halinde hareket ettirilir ve özütleyici - benzin, pompalar kullanılarak yukarıdan beslenir ve bant üzerinde bulunan malzemeyi sular. Proses, katı madde ve ekstraktantın karmaşık birleştirilmiş akış düzenine göre gerçekleştirilir: her bölümde çapraz akış ve ekstraktörde bir bütün olarak karşı akış. Ekstraktörün tasarımı, katı fazın ekstraktan ile etkili etkileşimini garanti etmez; ekstraksiyon düşük hızda ilerler. Yağı tamamen çıkarmak için birkaç ekstraksiyon adımı gereklidir.

Pirinç. 16.2.9. Kemer çıkarıcı:

1 - gövde; 2 - nozullar; 3 - yükleme mili; 4 - taşıma cihazı; 5 – pompalar

Kontrol soruları

1. Süzme işleminin özü nedir? Liç işleminde hangi bileşenler yer alır? 2. Süzme oranını hangi faktörler belirler? 3. Hangi durumda Shchukarev denklemiyle açıklanan süzme oranı? 4. Ekstraktörlerin hesaplanması nedir? 5. Karşıt akım çıkarma işlemi üçgen diyagramda nasıl temsil edilir? 6. Üçgen diyagramda konsantrasyon değişiminin adım sayısı nasıl belirlenir? 7. Liç işlemlerinin gerçekleştirildiği şemaları adlandırın 8. Gıda endüstrisinde hangi ekstraktör tasarımları kullanılıyor?

giriiş

“Sıvı-sıvı” sisteminde ekstraksiyon. Temel kavramlar ve göstergeler

Ekstraksiyonda kullanılan organik çözücüler

Ekstraksiyon sırasında meydana gelen kimyasal ve kütle transfer işlemleri

Ana ekstraksiyon yöntemleri

Modern ekstraksiyon ekipmanları

Hesaplama kısmı

Kanalizasyonların temizlenmesi

Çözüm

Kaynakça

giriiş

Geniş anlamda ekstraksiyon, seçici çözücüler kullanılarak çözeltilerden veya katılardan bir veya daha fazla bileşenin ekstrakte edilmesi işlemlerini ifade eder. Bu nedenle ekstraksiyon prensip olarak katı-sıvı sistemlerde (örneğin altının cevherlerden siyanür çözeltileri ile çıkarılması) veya sıvı-sıvı sistemlerde gerçekleştirilebilir. Hidrometalurjide ekstraksiyon veya ekstraksiyon, genellikle bir solventte çözünmüş bir maddenin, birincisiyle karışmayan başka bir solvent kullanılarak ekstrakte edilmesini içeren sıvı ekstraksiyon işlemini ifade eder. Bu tür iki sıvı ortam olarak, kimyasal reaktiflerin sulu metal içeren bir çözeltisi ve bir organik sıvı kullanılır.

Sıvı karışımların ayrılmasına yönelik diğer işlemlerle karşılaştırıldığında ekstraksiyon işleminin ana avantajları şunlardır:

düşük çalışma sıcaklığı (işlem genellikle oda sıcaklığında gerçekleştirilir);

iki temas eden faz arasında yüksek oranda kütle aktarımı (organik fazın sulu bir çözelti içinde emülsifikasyonu sırasında temaslarının çok geniş alanı nedeniyle);

ilgili, ayrılması zor elemanların ayrılmasına olanak tanıyan ekstraktantların yüksek seçiciliği;

iki fazın ayrılma kolaylığı (farklı yoğunluklara sahip karışmayan sıvılar);

yüksek oranda seyreltilmiş çözeltilerden metal çıkarma yeteneği;

elde edilen metalin istenildiği kadar derinlemesine temizlenmesi;

harcanan reaktiflerin yenilenmesi olasılığı;

Sürecin tam mekanizasyonu ve otomasyonu olasılığı.

Bu koşullar, modern hidrometalurjide ekstraksiyon işlemlerinin yaygın kullanımını belirlemektedir.

“Sıvı-sıvı” sisteminde ekstraksiyon. Temel kavramlar ve göstergeler

Aşağıdaki ekstraksiyon terminolojisi benimsenmiştir. Başlangıç ​​durumunda proseste yer alan iki çözücüye (sulu ve organik) “kaynak çözelti” ve “ekstrakt” adı verilir. Temas anında (ekstraksiyon sırasında) “sulu” ve “organik” fazlar olarak adlandırılırlar ve ekstraksiyondan (çökeltme ve ayırma) sonra “rafinat” ve “ekstrakt” olarak adlandırılırlar.

Ekstraksiyon işlemi aşağıdaki aşamalardan oluşur:

başlangıç ​​çözeltisinin ve ekstraktantın hazırlanması (Şekil 1, a);

bu çözeltilerin organik ve sulu fazların emülsifikasyonu ile temas ettirilmesi (Şekil 1, b, c);

bu fazların çökelmesi ve ayrılması (görsel olarak iyi gözlemlenmiştir) (Şekil 1, d);

rafinatın ve ekstraktın ayrılması (Şekil 1, e).

Şekil 1. Sıvı-sıvı ekstraksiyon işleminin şeması. 1 - ilk çözüm; 2 - ekstraktant; 3 - rafinat; 4 - çıkartın.

Ekstrakte edilen element (ekstrakt) ile doyurulmuş bir ekstraktanttan metaller, ekstraktın bazı kimyasal reaktiflerin sulu bir çözeltisi ile işlenmesini içeren ve metallerin organik fazdan ters transferi için uygun koşullar yaratan yeniden ekstraksiyon yöntemiyle ekstrakte edilir. sulu faza. Yeniden ekstraksiyon sürecini uygulama şeması ekstraksiyon aşamalarına benzer. Bu durumda, bir maddeyi organik fazdan çıkarmak için kullanılan reaktife yeniden ekstrakt maddesi, ortaya çıkan ürüne ise yeniden ekstrakt adı verilir. Sonuç olarak ekstraktan ve ekstrakt organik bir fazdır ve yeniden ekstrakt ve yeniden ekstrakt sulu bir fazdır. Hemen hemen her zaman, yeniden ekstraksiyondan sonra, özütleyici orijinal durumuna geri döndürülür, bu nedenle buna yenilenmiş özütleyici denir.

Bu nedenle ekstraksiyon ve yeniden ekstraksiyon sırasında proses ilerledikçe aşağıdaki ürün tanımlamaları kullanılır:

Çıkarma:

ekstraktant ® organik faz ® ekstraktı

başlangıç ​​solüsyonu ® sulu faz ® rafinat

Yeniden çıkarma:

extract ® organik faz ® rejenere ekstraktan

re-extractant ® sulu faz ® yeniden ekstrakt.

"Ekstraksiyon - yeniden ekstraksiyon" döngüsünün son ürünü yine sulu bir çözeltidir - yeniden ekstrakt. Ancak, şerit ekstraksiyonu sonucunda elde edilen sulu çözelti, orijinalinden farklıdır, çünkü çok az miktarda yabancı madde içermez veya içerir; değerli bileşenin ayrılması, onu çözeltiden çıkarmanın ana zorluğudur. Bu durumda yeniden ekstrakt, orijinal çözeltinin aksine genellikle metal açısından zenginleştirilir.

Ekstraksiyonda kullanılan organik çözücüler

Ekstraktant olarak organik bileşikler kullanılır.

İdeal bir ekstraktantın aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:

yeterince seçici olun (yani, bir miktar metal içeren sulu çözeltilerden yalnızca ilgilendiğimiz bileşenleri seçici olarak çıkarın);

yüksek bir ekstraksiyon kapasitesine sahip olun (birim hacim başına ekstrakte edilen bileşenin önemli bir miktarını emer);

metalin organik fazdan ekstraksiyonuyla ekstraktantın oldukça kolay yenilenmesini sağlamak;

çalıştırmanın güvenli olması (toksik olmayan, uçucu olmayan, yanıcı olmayan);

depolama sırasında veya asit ve alkalilerle temas halinde stabil kalır;

yeterince ucuz ol.

Böyle ideal bir özütleyici bulmak neredeyse imkansızdır, bu nedenle genellikle uzlaşmacı bir çözüm yapılır.

Ekstraksiyon ayırma mekanizmasında kütle transferinin önemli bir rol oynadığı gerçeği dikkate alındığında, organik fazın ana fiziksel özelliklerinden biri viskozitedir. Viskozite özelliklerinin, fazlar arası sınırın enerjisinin ve ortamın yoğunluğunun bilinmesi, ekstraksiyon prosesinin kinetiğini sadece kütle transferi anlamında değil, aynı zamanda faz dispersiyonu ve faz dağılımı açısından değerlendirmek için son derece gereklidir. Dengeye getirilen sıvı fazların çökelme hızı. Bununla birlikte, organik özütleyiciler genellikle oldukça viskoz ortamlardır. Bu durumda, organik fazın viskozitesi, metal iyonları ile doygunluğunun artmasıyla keskin bir şekilde artar. Organik fazın viskozitesinin belirli bir sınırın üzerine çıkması, ekstraksiyon sürecini önemli ölçüde yavaşlatabilir. Bu nedenle ekstraktantın metallerle önemli ölçüde doygunluğunu sağlamak bazen pratik değildir. Ancak ekstraktantın olası doygunluğu sınırlı olsa bile, bazı durumlarda organik fazın viskozitesinin yapay olarak azaltılması gerekir.

Ayrıca ekstraksiyon sonrasında iyi bir faz ayrımı için bu fazların yoğunluklarında yeterli bir farkın olması yani ekstraktanın sulu çözeltiden çok daha hafif olması gerekir. Bu nedenle pratikte özütleyici nadiren saf haliyle kullanılır; viskoziteyi ve yoğunluğu azaltmak için genellikle ucuz bir organik çözücü ile seyreltilir. Bu yardımcı çözücü genellikle inerttir ve ekstraksiyon işlemine katılmaz. İki organik çözücüden oluşan böyle bir sistemde, ekstraksiyon kimyasal reaksiyonlarında yer alan organik bileşiğe ekstraksiyon reaktifi, ekstraksiyon reaktifinin çözücüsüne ise seyreltici denir. Organik çözeltinin tamamı bir özütleyicidir. Seyrelticinin yalnızca organik fazın viskozitesini ve yoğunluğunu azaltmak için değil, aynı zamanda ekstraksiyon reaksiyonu sırasında ortaya çıkan ürünleri çözmek için de kullanıldığına dikkat edilmelidir.

En yaygın kullanılan organik çözücü türleri şunlardır:

hidrokarbonlar ve bunların halojen türevleri;

Hidrokarbonlar ve bunların klor türevleriçoğunlukla ekstraksiyon reaktifleri için seyreltici olarak kullanılır. Hidrokarbonlar oldukça uçucu, yanıcı ve toksik maddeler olduğundan, bunların yalnızca sınırlı bir kısmı endüstriyel kullanıma uygundur. En yaygın kullanılanlar şunlardır: benzen C6H6; tolüen veya metilbenzen CH3C5H5; gazyağı; dizel yakıt; heksan (C6H4), oktan (C8H | 8), benzin. Hidrokarbonların klor türevlerinden en yaygın kullanılanları karbon tetraklorür CCl4, kloroform CHC13 ve diklorometan CH2C12'dir. Klor türevleri bazen inorganik bileşikler için özütleyici olarak kullanılır (örneğin CCl4 veya CHCl3, GeCl4 ile özütlenir).

Oksijen içeren ekstraktanlar tuz oluşturan grupları içermeyen ve içeren bileşiklere ayrılır. Tuz oluşturucu gruplara sahip olmayan oksijen içeren organik çözücüler, halojenürlerin, nitratların, tiyosiyanatların ve diğer metal tuzlarının ekstraksiyonunda özütleyici olarak kullanılır. Bunlar arasında alkoller ROH, esterler ROR, esterler R-OCO-R, ketonlar R-COR, d-ketonlar RCOCH2COR (burada R bir organik radikaldir) yer alır. Ekstraksiyon, oksonyum tuzlarının oluşumunun mümkün olduğu güçlü asidik çözeltilerde veya düşük asitli çözeltilerde, ancak tuz giderici maddelerin varlığında başarıyla gerçekleştirilir. Alkoller, eterler, ketonlar kullanıldığında, örneğin şu şemaya göre bir solvat oluşumu gözlenir: mROR + nMeCl3 + pHCl = mROR × nMeCl 3 × pHCl. Üstelik asitlik seviyesi bu sürecin gidişatını büyük ölçüde etkiler.

Eterlerden en yaygın olarak kullanılanlar dietil eter C2H5OS2H5 ve bunun klor türevi - chlorex ClC2H4OS2H4Cl veya (C2H4Cl)2O'dur. Kloreks son derece zayıf baz ve yalnızca çok güçlü asitleri çıkarır. Örneğin, değerli metallerin rafine edilmesi döngüsünde kral suyu çözeltilerinden kloroaurik asidin ekstraksiyonunda kullanılır.

Alifatik (asiklik) alkoller (ROH, burada R, CnH (2n + 1)'dir), bütil (C4H9OH), amil (C5H11OH), izoamil, heksil (C6H13OH) arasında kaprilik (C7H15OH), oktil (C8H17OH), nonil (C9H19OH), C7 - C9 alkolleri ve desil (C10H21OH) karışımı kullanılır. Asiklik alkollerden (moleküllerde döngüler içeren - üç veya daha fazla karbon atomundan oluşan halkalar), sikloheksanol C 11 H 11 OH en sık kullanılır. Aromatik alkollerden (moleküllerinde halkalar içeren - benzen halkaları) a-naftol kullanılır ve a, a'-naftoller .

Tuz oluşturucu gruplara (karboksilik asitler RCOOH) sahip oksijen içeren organik çözücüler kullanıldığında, suda çözünmeyen bileşikler - sabunlar - tuzların veya asit komplekslerinin değil metal katyonların ekstraksiyonu nedeniyle oluşur. Karboksilik asitler yapı olarak dimerize olur .

Bu dimerizasyon ekstraksiyon sırasında devam eder, yani organik tuz M(HR2)2 oluşur. Karboksilik asitlerle ekstraksiyon genellikle başlangıç ​​inorganik metal tuzunun hidroliz pH'ından 0,5 daha düşük bir pH'ta gerçekleştirilir. CnH2n+1COOH yağ asitlerini kullanan benzer bir ekstraksiyon türü, örneğin kobalt hidrometalurjisinde kobalt içeren çözeltileri safsızlıklardan arındırmak için kullanılır.

veya doğrudan (P-C bağı, organofosfor bileşikleri):

burada R, bir alkil (CnH2n+), sikloalkil veya aril (aromatik hidrokarbonların tek değerlikli kalıntısı) radikalidir.

Fosforik, fosfonik ve fosfinik asitlerin orta esterlerinin ve ayrıca ikame edilmiş fosfin oksitlerinin ekstraksiyon yeteneği en çok araştırılan konulardan biridir. Tüm bu reaktiflerle ekstraksiyon, seri halinde artan fosforil oksijenin - P=O donör-alıcı yeteneği temelinde ilerler:

Sonuç olarak bu bileşiklerin ekstraksiyon kabiliyeti de aynı doğrultuda artmaktadır. Fosforik asitin orta esterlerinden en yaygın olarak kullanılan özütleyici, radyoaktif metallerin hidrometalurjisinde (örneğin, nükleer yakıt üretiminde, özellikle de) kullanılan tribütil fosfat TBP'dir ((C4H9O)3PO). uranil nitratın ekstraksiyonunda), nadir metallerin (niyobyum, tantal, zirkonyum vb.) hidrometalurjisinde. Dialkil alkil fosfinatlar DAAF (R1P(O)(OR2)2), skandiyumun hidroklorik asit, niyobyum, tantal ve diğer nadir toprak elementlerinden ekstraksiyonunda kullanılır.

Azot içeren ekstraktanlardan Ekstraksiyon amacıyla en yaygın olarak kullanılanlar, değişen derecelerde ikame aminleridir (amonyak protonlarının organik bir radikalle değiştirilmesiyle elde edilir): birincil, ikincil , üçüncül ve dördüncül amonyum bazları (QAB): R4 NOH. Normal alkil radikalleri CnH2n+1'e (alkilaminler) sahip birincil, ikincil ve üçüncül aminlerin birçok tuzu, sıvı hidrokarbonlarda, tercihen aromatik olanlarda (> 0,1 mol/l) az miktarda çözünür.

Bakır, nikel ve kobaltın ekstraksiyonu için genel formüle sahip a-hidroksimlerin karışımları önerilmektedir; burada R ve R' radikallerdir; R'' bir radikal veya hidrojen atomudur.

Kükürt içeren ekstraktanlar. Kükürt atomunun oksijen atomuna kıyasla daha düşük elektron verme yeteneği nedeniyle, karşılık gelen oksijen içeren organik bileşiklerde (eterler, alkoller vb.) oksijenin kükürt ile değiştirilmesi, kükürt içerenlerin ekstraksiyon özelliklerinde bir azalmaya yol açar. organik bileşikler (tiyoeterler R2S; tiyoalkoller RSH; tiyoasitler, ditiyoasitler, vb.).

Bununla birlikte, tio bileşiklerinin bazikliğinde bir azalma, ekstraksiyon seçiciliğinin artmasına yol açabilir, bunun sonucunda kükürt içeren organik ekstraktlar özellikle ilgi çekicidir. Organik sülfitler (tiyoesterler) oldukça etkili ekstraktanlardır. Örneğin, diizobutil sülfür (iC4H9)2S, sıradan oksijen içeren dibutil eter (C4H9)2O gibi, НFeСl4 formundaki hidroklorik asit çözeltilerinden ferrik klorürü iyi çıkarır. İnorganik asitlerle ilgili olarak ve uranyum tuzları, oksitler, asetik asit CH3COOH içerisinde karşılık gelen dialkil sülfitlerin hidrojen peroksit ile oksidasyonu yoluyla elde edilen, kadranik sülfitlerin özütleyici maddeleri olarak test edilmiştir. Katyon değiştirme ekstraktanları olan sülfonik asitler R-S03H (veya), hidrometalurjide pratik açıdan ilgi çekicidir. Sülfonatlı hidrokarbonlar, nikel ve kobaltın metal konsantrasyonları 0,5 ila 10 g/l arasında olan sulu çözeltilerden endüstriyel ekstraksiyonu için tavsiye edilir.

Ekstraksiyon sırasında meydana gelen kimyasal ve kütle transfer işlemleri

Ekstraksiyon işlemi sırasında maddelerin ayrılması, birbiriyle karışmayan iki sıvı arasındaki dağılım farkına dayanır. En basit durumda, ekstrakte edilen madde her iki fazda da aynı formda olduğunda (fiziksel dağılım olarak adlandırılır), Nernst yasası uygulanır:

,

burada Kd dağılım sabitidir. Dağılım sabiti Kd, sulu fazda ekstrakte edilen maddenin konsantrasyonuna bağlı değildir ve belirli bir sıcaklıkta temas eden fazların hacimlerinin (P:E) belirlenmiş sabit bir oranıyla, hem zengin hem de zayıf çözeltiler için sabit kalır. . Bu nedenle, prosesin birbirini takip eden birkaç döngüsünde, isteğe bağlı olarak derin bir ekstraksiyon veya saflaştırma derecesi elde etmek mümkündür.

Bununla birlikte, klasik formundaki dağıtım kanunu çoğu gerçek ekstraksiyon sistemine uygulanamaz, çünkü her iki fazda da maddenin solventle etkileşimi meydana gelebilir; maddenin çeşitli bileşik türleri formunda ekstraksiyonu da mümkündür; ekstrakte edilen maddelerin etkisi altında fazların karşılıklı çözünürlüğündeki değişiklik, vb. Bu nedenle, bir maddenin dağılımını karakterize etmek için genellikle dağılım katsayısı kullanılır.

burada CxO ve CxB sırasıyla organik ve sulu fazlardaki tüm bileşiklerde ekstrakte edilen maddenin toplam analitik konsantrasyonlarıdır.

Ekstraksiyon, metali saf çözeltilerden çıkarmak için değil, değerli bir elementi bir miktar safsızlık içeren çözeltilerden seçici olarak izole etmek için gerçekleştirildiğinden, ayırma faktörü adı verilen başka bir gösterge kullanılır:

.

Yani iki maddenin dağılım katsayılarının oranını temsil eder. Ayırma koşulları için D Me1 ¹ D Me 2 eşitsizliğinin olması gerekir. En iyi ayırma D Ме1 >> D Ме2 olduğunda gerçekleşir. Ayrıca, S birliğe ne kadar yakınsa, gereken ekstraksiyon aşamalarının sayısı da o kadar fazla olur. Ayırma faktörünün değerini hesaplarken, paya daha büyük dağıtım katsayısı D Me'yi, dolayısıyla her zaman S ³ 1'i yerleştirmek gelenekseldir.

Herhangi bir hidrometalurjik proseste olduğu gibi, ekstraksiyonun önemli bir göstergesi, geri kazanılan metal miktarıdır (veya ekstraksiyon yüzdesidir):

,

burada V 0 ve VB sırasıyla organik fazın ve sulu çözeltinin hacmidir. Dağıtım katsayısı D ve ekstraksiyon derecesi E birbiriyle ilişkili büyüklüklerdir:

.

Çoğu zaman, metallerin sulu fazdan organik faza ekstraksiyonu üç şekilde gerçekleştirilir:

Katyon değişimi ekstraksiyonu - iyot çözeltilerinde bulunan metallerin organik asitler veya bunların tuzları ile katyon formunda ekstraksiyonu. Ekstraksiyon mekanizması, ekstrakte edilen katyonun H + veya başka bir ekstraktant katyon ile değiştirilmesinden oluşur.

Anyon değişim ekstraksiyonu - sulu çözeltilerde anyon formunda bulunan metallerin organik baz tuzları ile ekstraksiyonu. Ekstraksiyon, metal içeren bir anyonun ekstraktant bir anyonla değiştirilmesi nedeniyle oluşur.

Ekstrakte edilen bileşiğin, ekstraktantın bir molekülünün veya iyonunun doğrudan çıkarılan metalin atomuna (iyonuna) koordinasyonunun bir sonucu olarak oluşturulduğu koordinasyon ekstraksiyonu, bunun sonucunda metal ve ekstraktant kendilerini bir arada bulurlar. çıkarılan kompleksin aynı küresi.

Koordinasyon veya karmaşık bileşikler, ligand adı verilen belirli sayıda iyon veya molekülle çevrelenmiş merkezi bir atom veya iyona sahip olanlardır.

Merkezi atom veya iyon (karmaşıklaştırıcı ajan) ile ligandlar arasındaki kimyasal (koordinasyon) bağların sayısına koordinasyon numarası denir. Koordinasyon bağları genellikle donör-alıcı karakterine sahiptir, yani donör atomunun, alıcı atoma bağlanan yalnız (serbest) bir elektron çiftine sahip olması durumunda oluşurlar. Örneğin karmaşık bir iyon (NH4)+ oluştuğunda:

,

NH3 molekülünde yalnız bir elektron çiftine sahip olan nitrojen bir donördür ve hidrojen iyonu bir alıcıdır.

Ligandlar inorganik asitlerin, organik asitlerin ve nötr moleküllerin (örneğin H2O) anyonlarıdır ve karmaşık iyonların oluşumu, iyonu çevreleyen (hidratlayan) su moleküllerinin başka bir ligandla yer değiştirmesi olarak temsil edilebilir. Koordinasyon bağı oluşturan atomların sayısına bağlı olarak ligandlar tek dişli, iki dişli vb. olabilir.

Çok dişli ligandlar (iki dişli ve daha fazlası) siklik kompleksler oluşturur, yani ekstrakte edilen iyon, birkaç organik ekstraktant molekülü tarafından çevrelenir.

Merkezi atom ve koordineli gruplar (ligandlar), kompleksin - karmaşık bir iyonun - iç koordinasyon küresini oluşturur. Kompleks iyonun yükünü telafi eden pozitif veya negatif iyonlar, kompleks bileşiğin dış küresini oluşturur.

Katyon değişimi ekstraksiyonu

Bu tür ekstraksiyon genel olarak aşağıdaki denklemle açıklanabilir:

burada Me, z değerlik değerine sahip bir metaldir;

R, bir organik asidin asidik kalıntısıdır. Yaygın katyon değiştirme ekstraktanları, R radikalindeki karbon atomlarının sayısı yedi ila dokuz (C7 - C9) olan RCOOH tipi yağ asitleridir (örneğin karboksilik asitler) ve naftenik asitlerdir:

Naftenik asitler ham petrolden elde edilir; moleküler ağırlıkları 170 ila 330 arasında değişmektedir. Alkil fosforik asitler, özellikle ortofosforik asit - alkil ortofosfatların türevleri sıklıkla kullanılır. Ortofosforik asitteki (H3PO4) iki hidrojen iyonunun yerini organik radikaller alırsa, di-(2-etilheksil)-fosforik asit (D2EHPA) gibi, dialkil ortofosfatlar adı verilen ürünler elde edilir.

Katyon değişimi ekstraksiyonunun bir türü, (=N-OH) grubunu içeren oksimler gibi kompleksleştirici (şelatlayıcı) mono-, iki- ve çok dişli ekstraktlarla ekstraksiyondur. Bu durumda ekstraksiyon, iyon değişimi ve ekstraktantın, kompleks içi bileşiklerin oluşumu ile ekstrakte edilen metalin atomuna (iyonuna) koordinasyonu sonucu meydana gelir.

Anyon değişimi ekstraksiyonu

Anyon değiştirme ekstraktanları, amonyak NH3'ün türevleri olan aminler sınıfına aittir. Amonyakta hidrokarbon radikalleri ile değiştirilen hidrojen atomlarının sayısına bağlı olarak birincil, ikincil veya üçüncül aminler elde edilir:

R, 7 ila 9 (bazen 16'ya kadar) karbon atomu içeren bir hidrokarbon radikalidir.

Aminlerde nitrojenin yalnız bir elektron çifti vardır ve bu, bu özütleyicilerin koordinasyon bileşikleri oluşturma yeteneğini belirler.

Asit muamelesi sırasında oluşan amin tuzları, asit anyonunu metal içeren anyonlarla değiştirebilir, örneğin

Alkali bir ortamda aminler, anyon alışverişi yapabilen tuzlar formunda değil, nötr moleküller formunda bulunabilir, bu nedenle yalnızca asidik ortamlarda kullanılırlar.

En yaygın aminler ANP toplayıcıdır - birincil amin, dilaurilamine (ikincil amin) ve trioktilamin (üçüncül amin).

Anyon değişimi tipine göre ekstraksiyona ek olarak, aminlerle ekstraksiyon bazen güçlü metal-azot bağlarının oluşmasıyla (örneğin, platin metalleri). Bu durumda oluşan kompleks içi bileşikler çok güçlüdür, bunun sonucunda metalin organik fazdan sulu faza ters transfer işlemi - yeniden ekstraksiyon - zordur.

Anyon değiştirici ekstraktların başka bir sınıfı da kuaterner amonyum bazları (QAB) ve bunların tuzlarıdır (QAS). QAO, amonyum iyonunun (NH4) + türevleridir:

,

burada R bir hidrokarbon radikalidir.

En yaygın kullanılan QAC'ler, tryalkilbenzilamonyum klorür - kısaltılmış TABAC, tryalkilmetilamonyum klorür (CH3R3N)Cl - TAMAC, tetraalkilamonyum klorür (R4N)Cl - TAAX'tır. R - C n H 2 n +1, burada n = 8 - 10.

QAS metalleri yalnızca anyon değişim reaksiyonunun türüne göre çıkarır:

burada z, metal içeren MeX anyonunun yüküdür;

m, HOUR anyonunun yüküdür;

Y - anyon SAAT.

QAS, metal içeren tuzları yalnızca asidik değil aynı zamanda alkali çözeltilerden de çıkarma kapasitesine sahiptir.

Amin ve QAS tuzları bazı durumlarda yaygın olarak kullanılan seyrelticilerde (gazyağı, hidrokarbonlar) sınırlı çözünürlüğe sahiptir. Çözünürlüğü arttırmak için organik faza organik alkoller (örneğin desil alkol) eklenir, ancak büyük (%10'un üzerinde) alkol konsantrasyonları genellikle ekstraktantla etkileşime bağlı olarak ekstraksiyonu olumsuz etkiler.

Ana ekstraksiyon yöntemleri

Temel olarak aşağıdaki ekstraksiyon yöntemleri kullanılır: tek ekstraksiyon, solventin çapraz ve ters akım hareketi ile çoklu ekstraksiyon, sürekli ters akım ekstraksiyonu. Tek solventle ekstraksiyon endüstride en yaygın olanıdır, ancak iki ekstraktanla ekstraksiyon da kullanılmaktadır.

Tek (tek aşamalı) ekstraksiyon. Bu ekstraksiyon yöntemi, başlangıç ​​çözeltisi F ve ekstraktant S'nin bir karıştırıcıda karıştırılması ve ardından bunların bir çökeltme tankında iki katmana ayrılmasından oluşur: ekstrakt E ve rafinat R. Genellikle faz dengesinin şu şekilde olduğuna inanılır: Yoğun karıştırma ve yeterli temas süresi nedeniyle karıştırıcıda kurulur, yani tek bir ekstraksiyon, konsantrasyon değişikliğinin teorik seviyesine karşılık gelen bir verime ulaşılmasına izin verir. Bu ekstraksiyon yöntemiyle ekstraksiyon derecesi, aparata ekstraktant beslemesi arttırılarak artırılabilir ancak bu, ekstrakt konsantrasyonunun azalmasına ve işlemin maliyetinin artmasına neden olacaktır.

İşlem periyodik veya sürekli olarak gerçekleştirilebilir. Proses periyodik olarak organize edilirken ekstrakt ve rafinatın ayrıştırılması aşaması bir karıştırıcıda gerçekleştirilebilir. Bu durumda bir sump'a gerek yoktur.

Çapraz solvent akışıyla çoklu ekstraksiyon. Bu yöntemi kullanarak ekstraksiyon gerçekleştirirken (Şekil 2), başlangıç ​​çözeltisi F ve karşılık gelen rafinatlar, bir miktar taze ekstraktant S1, S2, vb. ile muamele edilir. her bir ekstraksiyon aşamasında, bir karıştırıcı ve bir çökeltme tankından oluşan (çökeltme tankları Şekil 2'de gösterilmemiştir) ve rafinatlar sırayla sonraki aşamalara gönderilir ve her aşamanın E 1, E 2 ekstraktları tanktan çıkarılır. sistem. Bu ekstraksiyon yöntemi ile başlangıç ​​çözeltisi F birinci aşamaya girer ve son rafinat Rn son aşamadan alınır.

Pirinç. 2. Çapraz solvent akışıyla çoklu ekstraksiyon şeması (1, 2,3, ..., n - aşamalar).

Bu yöntemi kullanarak, dağıtılmış bileşenin başlangıç ​​çözeltisinden neredeyse tamamen çıkarılması ve saf bir rafinatın elde edilmesi mümkündür. Ancak bu durumda, her aşamada bu çözücünün ekstrakt ile kısmi uzaklaştırılması söz konusu olduğundan, başlangıç ​​çözeltisinde bulunan çözücünün kayıpları kaçınılmazdır.

Çözücünün ters akım hareketi ile çoklu ekstraksiyon. Bu ekstraksiyon yöntemi, 1, 2, vb. aşamalarda tekrarlanan temasla karakterize edilir. rafinat R ve ekstrakt E'nin ters akımlı akışları ile (Şekil 3), ilk çözelti F ve ekstraktant S'nin tesisin zıt uçlarından sağlanması şartıyla. Çözücünün ters akım hareketi ile ekstraksiyon yöntemi, tesisin yeterince yüksek verimliliği ile belirli bir kalitede ürünler elde etmeyi mümkün kıldığından, bu ekstraksiyon yöntemi endüstride oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pirinç. 3. Çözücünün ters akım hareketi ile çoklu ekstraksiyon şeması (1,2, ..., n-1. n - adımlar).

Sürekli karşı akım ekstraksiyonu. Bu ekstraksiyon yöntemi kolon tipi cihazlarda (örneğin paketlenmiş cihazlarda) gerçekleştirilir. Daha ağır bir çözelti (örneğin, orijinal çözelti) sürekli olarak sütunun üst kısmına (Şekil 4) beslenir ve oradan aşağı akar.

Hafif bir sıvı (bizim durumumuzda bir solvent) kolonun tabanına girerek kolonu yukarıya doğru yükseltir. Bu çözeltilerin teması sonucunda dağılan madde orijinal çözeltiden ekstraktanta aktarılır. Bu ekstraksiyon yöntemi endüstride sıklıkla kullanılır.

Reflü ile karşı akım ekstraksiyonu.İlk çözeltinin daha tamamen ayrılması gerekiyorsa, rektifikasyon işlemine benzer şekilde geri akışla ekstraksiyon gerçekleştirilebilir (Şekil 5). Bu durumda başlangıç ​​karışımı F cihazın orta kısmına (besleme aşamasına) verilir. Ekstraktın rejeneratörde (2) rejenerasyonundan sonra, elde edilen R0 ürününün bir kısmı aparat 1'e geri akış formunda geri gönderilir ve diğer kısmı orijinal çözeltiden ekstrakte edilen bileşen B formunda alınır. R0 ve B çözümleri aynıdır. Dolayısıyla ekstraksiyon ünitesinin 2. düğümü, damıtma ünitesinin geri akış ünitesinin bir analogudur.

Pirinç. 5. a) (sol) geri akışlı karşı akım ekstraksiyonunun diyagramı: 1 - ekstraksiyon aparatı; 2 - ekstrakt rejenerasyonu için aparat; b) iki solventli ekstraksiyon şeması: 1 - ekstraksiyon aparatı; 2 - ekstrakt rejenerasyonu için aparat.

Geri akış akışı R0, ekstrakt akışıyla temas ettiğinde, içinde kısmen veya tamamen çözünmüş olan başlangıç ​​solventi A'yı, ikincisinden yıkayarak temizler ve bu solvent, sonuçta rafinata geçer, bunun sonucunda ayırma derecesi ve verimi artar. rafinat artışı.

Geri akışla ekstraksiyonun, başlangıç ​​çözeltisinin ayrılmasını iyileştirirken, ekstraktant tüketiminde ve ekipman hacminde bir artışa yol açtığı ve bunun da bu işlemi daha pahalı hale getirdiği unutulmamalıdır. Bu nedenle reflü miktarının seçimi teknik ve ekonomik bir hesaplamaya göre yapılmalıdır.

İki solventle ekstraksiyon. Başlangıç ​​çözeltisi ayrı ayrı veya birkaç bileşenden oluşan gruplar halinde ekstrakte edilmesi gereken iki veya daha fazla bileşen içeriyorsa, o zaman iki karışmayan solventle ekstraksiyon kullanılır (Şekil 5b). Çözücüler, her birinin tercihen bir bileşeni veya bileşen grubunu çözeceği şekilde seçilir. A ve B bileşenlerinden oluşan başlangıç ​​karışımı F, aparatın 1 orta kısmına beslenir. A bileşenini seçici olarak çözen ekstraktant S (S1'den daha ağır), aparatın 1 üst kısmına girer ve ekstraktan S 1, alt kısmında B bileşenini seçici olarak çözer.

İki solventli ekstraksiyon genellikle benzer çözünürlüğe sahip maddeleri ayırmak için kullanılır. Bu yöntem, işlemin maliyetini önemli ölçüde artıran nispeten büyük miktarda ekstraktant tüketimini gerektirir.

ekstraksiyon solventi organik katyon değişimi

Modern ekstraksiyon ekipmanları

Etkileşim ilkesine veya faz teması yöntemine göre ekstraktörler iki gruba ayrılır: adım ve diferansiyel temas. Bu gruplar içinde ekstraktörler genellikle yerçekimine (içlerindeki fazların hızı, bu fazların yoğunluklarındaki farka göre belirlenir) ve mekanik (mekanik karıştırma, merkezkaç kuvveti, mekanik karıştırma yoluyla dışarıdan akışlara enerji eklendiğinde) olarak ikiye ayrılır. pistonlu pulsatör vb.). Adı geçen gruplara ait cihazların hemen hemen hepsinde, fazların temas yüzeyini arttırmak için fazlardan biri çeşitli şekillerde dağılır ve diğer sürekli fazda damlalar halinde dağıtılır. Aparattaki fazların her karıştırılmasından sonra, öncelikle ekstraktantın yenilenmesi için gerekli olan (yerçekimi veya merkezkaç kuvvetlerinin etkisi altında) bu fazların ayrılması gerçekleşir. Ayrıca endüstride genellikle sürekli ekstraktörlerin kullanıldığını da not ediyoruz.

Adım çıkarıcılar. Bu grubun çıkarıcıları, her birinde faz temasının meydana geldiği ayrı aşamalardan oluşur, ardından ayrılırlar ve karşı akımla sonraki aşamalara doğru hareket ederler. İncirde. Şekil 6, en yaygın kademeli çıkarıcı türlerinden biri olan karıştırma ve çökeltme işlemlerinin tek aşamalı (a) ve çok aşamalı (b ve c) kurulumlarının bir diyagramını göstermektedir.

Pirinç. 6. Karıştırma ve çökeltme ekstraktörlerinin tek aşamalı (a) ve çok aşamalı (b, c) kurulum şemaları: 1 - karıştırıcılar; 2 - çökeltme tankı; 3 - pompalar.

Karıştırma-çökeltme ekstraktörlerinin avantajları arasında yüksek verimlilikleri (her aşamanın verimliliği bir teorik ayırma aşamasına yaklaşabilir), aşamaların sayısını hızlı bir şekilde değiştirebilme yeteneği, fiziksel özelliklerde ve hacimsel faz oranlarında geniş bir değişiklik aralığında çalışmaya uygunluk yer alır. , nispeten kolay ölçeklendirme vb. Dezavantajları Bu çıkarıcılar, geniş bir üretim alanı, bireysel tahrikli karıştırıcıların varlığı ve büyük hacimli yerçekimi çökeltme odalarıyla karakterize edilir.

Yüksek kapasiteli karıştırma-çökeltme ekstraktörleri (1500 m3/saat'e kadar) hidrometalurji, uranyum teknolojisi ve diğer çeşitli büyük tonajlı endüstrilerde kullanılmaktadır.

Diferansiyel kontak çıkarıcılar. Bu grubun ekstraktörleri, fazlar arasındaki sürekli temas ve aparatın yüksekliği boyunca konsantrasyondaki yumuşak bir değişiklik ile ayırt edilir. Bu tür ekstraktörlerde (adımlardan farklı olarak), aparatın kesiti boyunca fazlar arasında denge sağlanmaz. Diferansiyel kontak çıkarıcılar, kademeli çıkarıcılardan daha kompakttır ve daha küçük bir üretim alanı kaplar.

Yerçekimi çıkarıcılarda fazların hareketi, yoğunluklarındaki farklılıktan dolayı meydana gelir. Yerçekimi çıkarıcılar sprey, paketlenmiş ve tepsi kolonlarını içerir.

Pirinç. 7. İçi boş (sprey) kolon çıkarıcılar: a - yoğun faz püskürtmeli; b - hafif faz püskürtme ile; 1 - çıkarıcılar; 2 - fıskiyeler; 3 - su contaları; 4 fazlı arayüz.

Yerçekimi çıkarıcıların tasarımdaki en basit temsilcileri püskürtme kolonlarıdır (Şekil 7). Sprey çıkarıcıların önemli bir avantajı, içlerindeki kirlenmiş sıvıları işleyebilmesidir. Bazen bu cihazlar kağıt hamurundan ekstraksiyon için kullanılır.

Tasarım olarak dolgulu emicilere benzeyen paketli çıkarıcılar (Şekil 8) endüstride oldukça yaygınlaşmıştır.

Pirinç. 8. Ataşman çıkarıcı: 1 - meme; 2 - distribütör; 3 - çökeltme tankları; 4 - su contası; 5 fazlı arayüz.

Raschig halkaları genellikle nozül 1 ve diğer nozul türleri olarak kullanılır. Ambalaj, aralarında fazların karıştırıldığı bölümler halinde destek ızgaralarına yerleştirilir. Fazlardan biri (Şekil 8'deki özütleyici), sürekli fazın (başlangıç ​​çözeltisi) akışında dağıtım cihazı 2 kullanılarak dağıtılır. Paketleme katmanında damlacıklar birçok kez birleşebilir ve daha sonra parçalanabilir, bu da prosesin verimliliğini artırır. Meme malzemesi seçimi çok önemlidir. Tercihen sürekli faz tarafından ıslatılmalıdır, çünkü bu, damlacıkların istenmeyen birleşme olasılığını ve memenin yüzeyinde faz temas yüzeyinde keskin bir azalmaya yol açan bir film oluşması olasılığını ortadan kaldırır. Seramik ve porselen ağızlıkların sulu faz tarafından organik faza göre daha iyi ıslatıldığına ve plastik ağızlığın genellikle organik faz tarafından daha iyi ıslatıldığına dikkat edin. Dolgulu kolonlarda faz ayrımı, daha iyi faz ayrımı için genellikle ekstraktör çapından daha büyük bir çapa sahip olan çökeltme bölgelerinde (3) meydana gelir.

Mekanik çıkarıcılar, temas fazlarına harici enerji sağlayan diferansiyel kontak çıkarıcıları içerir.

Teknolojideki en yaygın mekanik çıkarıcılardan biri döner disk çıkarıcıdır. Döner çıkarıcılar esas olarak karıştırma cihazlarının tasarımında farklılık gösterir. Bu nedenle, pürüzsüz diskler yerine çeşitli tipte karıştırıcılar kullanılır, bazen bölümler bir ağızlık vb. ile doldurulur. Döner çıkarıcıların ana avantajları arasında yüksek kütle transfer verimliliği, fazlardaki katı yabancı maddelere karşı düşük hassasiyet, yüksek ünite gücüne sahip cihazlar oluşturma olasılığı vb. yer alır.

Aynı zamanda, döner çıkarıcıların ciddi bir dezavantajı vardır - sözde ölçek etkisi, yani. aparatın çapının artmasıyla EEP'de önemli bir artış. Bu olgunun nedeni, aparatın yüksekliği ve kesiti boyunca hız alanının eşitsizliği, durgun bölgelerin oluşması ve aparattaki akışların tekdüze yapısının bozulmasına ve uzunlamasına karışımın artmasına katkıda bulunan baypaslardır.

Ekstraksiyon sırasında kütle transfer işleminin verimliliği, fazların titreştirilmesiyle arttırılabilir. Titreşim çıkarıcılar, sıvılara titreşim vermek için iki ana yöntem kullanır. Birinci yönteme göre, sütun çıkarıcıdaki titreşimler, harici bir mekanizma (pulsatör) tarafından hidrolik olarak üretilir; ikinci yönteme göre, ileri geri harekete maruz kalan ortak bir çubuk üzerine monte edilmiş delikli plakaların titreşimi yoluyla üretilir.

Ekstraksiyon işlemi sırasında titreşimlerin kullanılması, sıvının daha iyi dağılmasını, faz temas yüzeyinin yoğun şekilde yenilenmesini ve dağılmış sıvının ekstraktörde kalma süresinin artmasını sağlar. Teknolojide en yaygın kullanılanlar elek plakalı ve paketlenmiş titreşim çıkarıcılardır.

Titreşimli çıkarıcı (Şekil 9.), sürekli fazın akışı için branşman boruları olmayan elek tepsilerine sahip bir sütundur. Kolonda, özel bir mekanizma (pulsatör) yardımıyla, titreşimler sıvıya iletilir - küçük genlikli (10-25 mm) ve belirli bir frekanstaki titreşimler. Valfsiz bir pistonlu pompa çoğunlukla kolonun tabanına (Şekil 9, a) veya hafif sıvı besleme hattına (Şekil 9, b) bağlanan bir pulsatör olarak kullanılır. Sıvıya titreşimler verildiğinde, fazlardan birinin tekrarlanan ince dağılımı meydana gelir ve bu da yoğun kütle transferine neden olur. Elek çıkarıcıların yanı sıra dolgulu titreşimli kolonlar da kullanılmaktadır.

Sıvıya titreşimler vererek ekstraksiyon işlemini yoğunlaştırmanın etkili bir yöntemi, diğer ekstraksiyon aparatı türlerinde de kullanılabilir.

Kimyasal olarak agresif ve radyoaktif maddeleri işlerken pulsatör mekanizmasını çalışma ortamından güvenilir bir şekilde ayırmak için bir membran (Şekil 9, c), bir körük (Şekil 9, d) veya bir pnömatik cihaz (Şekil 9, e) kullanılır. . İkinci durumda, pulsatör pistonu ile sütun arasına, dönüşümlü olarak genişleyen ve büzülen, sütundaki sıvıya titreşimler veren bir tampon hava tabakası yerleştirilir.

Pirinç. 9. Titreşimli elek çıkarıcılar (A - ağır faz, B - hafif faz): a - pulsatör kolonun tabanına takılıdır; b - pulsatör, hafif sıvı sağlamak için boru hattına bağlanır; c - titreşimler membrandan iletilir; d - titreşimler bir körük aracılığıyla iletilir; e - titreşimler bir tampon hava katmanı (hava yastığı) aracılığıyla iletilir.

Titreşim çıkarıcılar son derece verimlidir ve işletme personelinin işlenen sıvılarla teması olmadan ekstraksiyona izin verir; bu, sıvıların radyoaktif veya toksik olması durumunda çok önemlidir.

Dünya pratiğinde çapı 3 m'ye kadar olan elek titreşimli kolonlar ve çapı 2 m'ye kadar olan dolgulu kolonlar kullanılmaktadır.

Titreşimli kolonların dezavantajları arasında temel üzerindeki büyük dinamik yükler, artan işletme maliyetleri ve kolayca emülsifiye edilmiş sistemlerin işlenmesinin zorluğu yer alır.

Hesaplama kısmı

Görev 1. “Karıştırıcı-yerleşimci” tipinde sürekli çalışan bir karşı akım çıkarıcıda gerekli ekstraksiyon maddesi tüketiminin hesaplanması.

Belirleyin: ekstraktantın hacimsel (VE, m3 /s) ve kütlesel (G, kg/s) tüketimini.

Ekstraksiyon malzemesi dengesi denklemini oluşturuyoruz:

Ekstraktantın hacimsel akış hızının belirlenmesi:

3. Ekstraktant kütle akışının belirlenmesi:

Görev 2. Molibdenin 0,3 M D2EHPA çözeltisi içeren bir çözeltiden çıkarılması sırasında gerekli ekstraksiyon adımı sayısının hesaplanması.

5. Gerekli teorik ekstraksiyon aşaması sayısının hesaplanması:

Sonuç tam sayılara yuvarlanır.

(adımlar)

Görev 3. Me tuzu ekstraksiyon prosesinin verimliliğinin hesaplanması (“karıştırıcı-yerleşimci” tipi ekstraktörde).

Ekstraktantın hacimsel akış hızı
6 kanatlı türbin karıştırıcısının çapı
Mikser dönüş hızı
Sulu çözeltinin viskozitesi
Ekstraktif viskozite
Ara yüzey gerilimi
Dağıtım katsayısı
Ekstraktif hacmi
Ekstraktörde ekstraktantın gecikmesi
Karıştırıcı güç fonksiyonu
Ekstraktif yoğunluk
Sulu çözeltinin yoğunluğu

Belirleyin: ekstraksiyon verimliliği.

Karışım yoğunluğunun belirlenmesi:

Damlacık çapının hesaplanması:

M

Ortalama faz teması süresinin hesaplanması:

İle

Ekstraksiyon verimliliğinin hesaplanması:

Kanalizasyonların temizlenmesi

Atık suyun ekstraksiyon arıtımına bir örnek, kok, petrol şist ve kömür işleme endüstrilerindeki fenollerin arıtılmasıdır; anilinden; asetik asitten; kimya endüstrisinde organik çözücüler (benzen, eterler ve esterler) ile epiklorohidrinden elde edilir.

Fenolik atık suyun ekstraksiyonu sırasında ekstraktant olarak bütil asetat, diizopropil eter, benzen vb. , bütil asetat veya bir bütil asetat karışımı çoğunlukla fenollere göre yüksek ekstraksiyon kabiliyetine sahip olan izobütil asetat (fenosolvan) ile birlikte kullanılır.

Atık suyun fenollerden ekstraksiyonla arıtılmasına yönelik tesisler dört bölümden oluşur: 1) ekstraksiyon için fenolik atık suyun hazırlanması - reçinelerin çökeltme ve filtreleme yoluyla ayrılması, atık suyun soğutulması, solvent buharlarının tutulması ve gerekirse karbonizasyon; 2) ekstraksiyon; 3) ekstraktantın sudan yenilenmesi; 4) ekstrakttan solvent rejenerasyonu ve ticari fenollerin üretimi.

Kok tesislerinden atık suyun ekstraksiyon arıtımında çeşitli solventler (benzen, esterler, absorpsiyon yağı vb.) kullanılabilir, ancak kömür koklaşmadan elde edilen benzen en yaygın şekilde kullanılır. Benzenin fenole göre dağılım katsayısının küçük olması (20 °C'de yaklaşık 2,2) nedeniyle önemli miktarda benzen kullanılır ve ekstrakttaki fenol konsantrasyonu düşüktür. Bu nedenle benzeni yeniden üretmek için damıtma yöntemleri değil, sulu bir alkali çözeltisiyle absorpsiyon yöntemi (benzen-fenolat yöntemi) kullanılır.

Benzen-fenolat saflaştırma yöntemi aşağıdaki aşamaları içerir: 1) çökeltme, filtreleme ve dolaşımdaki benzen ile yıkama yoluyla suyun katranının giderilmesi; 2) fenollerin atık sudan benzen ile ekstraksiyonu; 3) benzenin, içinde çözünen asit gazlarından, bir alkalin-fenolat çözeltisi ile yıkanarak saflaştırılması; 4) fenollerin benzenden alkalin bir çözelti ile ekstraksiyonu; 5) çözünmüş benzenin fenolsüzleştirilmiş atık sudan ayrılması. Ön buharlaştırmanın ardından elde edilen fenolat çözeltileri işleme için gönderilir.

Bazı kok tesisleri ekstraktant olarak bütil asetat, fenosolvan, kömür yağı vb. kullanır.

Atık suyun defenolizasyonu için ekstraksiyon yöntemlerinin büyük avantajları vardır: yüksek arıtma verimliliği, uçucu olmayan fenolleri çıkarma yeteneği vb.

Çözüm

Sıvı karışımların ayrılmasına yönelik diğer işlemlerle (damıtma, buharlaştırma, vb.) karşılaştırıldığında ekstraksiyon işleminin ana avantajı, çoğunlukla normal (oda) sıcaklıkta gerçekleştirilen işlemin düşük çalışma sıcaklığıdır. Bu durumda çözeltiyi buharlaştırmak için ısı harcamaya gerek yoktur. Aynı zamanda, ek bir bileşenin (bir ekstraktant) kullanılması ve bunun yenilenmesine duyulan ihtiyaç, ekipmanın bazı komplikasyonlarına ve ekstraksiyon işleminin maliyetinde bir artışa yol açar.

Uçucu maddelerin ekstraksiyonu sırasında, rektifikasyonla ayırmanın zor ve bazen pratik olarak imkansız olduğu (çok yakın kaynama noktalı bileşenlerden ve azeotropik karışımlardan oluşan karışımların ayrılması) veya aşırı yüksek maliyetlerle (zararlı safsızlıkların ekstraksiyonu) ilişkili olduğu durumlarda ekstraksiyon, rektifikasyonla başarılı bir şekilde rekabet edebilir. veya oldukça seyreltik çözeltilerden elde edilen değerli maddeler).

Ekstraksiyon, rektifikasyon veya buharlaştırma yoluyla ayrıldığında ayrışabilen antibiyotikler gibi yüksek sıcaklıklara duyarlı madde karışımlarının ayrılması için vazgeçilmezdir. Ekstraksiyon kullanımı sıklıkla moleküler damıtma gibi yüksek kaynama noktalı maddelerin yüksek vakum kullanılarak ayrılması veya karışımların fraksiyonel kristalizasyon yoluyla ayrılması gibi işlemlerin yerini etkili bir şekilde alabilir.

Diğer ayırma yöntemlerinin uygulanamadığı durumlarda inorganik madde karışımlarının ayrılması için ekstraksiyon kullanımı oldukça umut vericidir. Sıvı ekstraksiyon işlemleri şu anda nükleer yakıtın işlenmesinde, zirkonyum ve hafniyumun ve diğer birçok nadir metalin elde edilmesinde başarıyla kullanılmaktadır. Ekstraksiyon kullanılarak yüksek saflıkta demir dışı ve değerli metaller elde edilebilir.

Bazı durumlarda ekstraksiyonun diğer ayırma işlemleriyle birleştirilmesiyle önemli bir etki elde edilir. Bu tür kombine proseslerin örnekleri şunlardır: düşük kaynama noktalı ve azeotropik karışımların ekstraktif redaktifikasyon kullanılarak ayrılması, seyreltik çözeltilerin buharlaştırmadan önce ekstraksiyon yoluyla ön konsantre edilmesi ve daha az ısı tüketimi ile gerçekleştirilen rektifikasyon.

Kaynakça

1. Einstein V.G. Kimyasal teknolojinin proses ve aparatlarının genel seyri. - M.: Kimya, 2002 - 1758 s.

Dytnersky Yu.I. Kimyasal teknoloji prosesleri ve aparatları. Bölüm 2. - M.: Kimya, 2002 - 368 sayfa.

Zyulkovsky Z. Kimya endüstrisinde sıvı ekstraksiyonu. - L.; Devlet Kimya Yayınevi, 1963 - 479 s.

Karpacheva S.M., Zakharov E.I. Titreşimli çıkarıcılar. - M.: Atomizdat, 1964 - 299 sayfa.

Kasatkin A.G. Kimyasal teknolojinin temel süreçleri ve aparatları. - M.: Kimya, 1973 - 750 s.

Leonov S.B. Hidrometalurji. Bölüm 2. Metallerin çözeltilerden ve çevresel sorunlardan izolasyonu. - 2000 - 491 sayfa.

Meretukov M.A. Demir dışı metalurjide sıvı ekstraksiyonu ve iyon değişim soğurma işlemleri. - M.: Metalurji, 1978 - 120 sayfa.

Planovsky A.N., Ramm V.M. Kimyasal teknoloji prosesleri ve aparatları. - M., Kimya Yayınevi, 1966 - 848 s.

Proskuryakov V.A. Shmidt L.I.Kimya endüstrisinde atık su arıtımı. - L. Kimya, 1977 - 464 sayfa.

Yagodin G.A., Kagan S.Z. Sıvı-sıvı ekstraksiyonunun temelleri. - M.: Kimya, 1981 - 400 sayfa.

Çalışmanın amacı: Ekstraksiyon atıksu arıtımı için proses ve aparatların hesaplanmasında becerinin kazanılması.

Giriş kısmı.

Ekstraksiyon, bir bileşenin bir sıvıdan (rafine şeker) bir sıvı çözücü (ekstraktan) kullanılarak seçici ekstraksiyonudur. Kirletici madde ile zenginleştirilmiş faza, temastan önce ekstraktan ve temastan sonra ekstrakt adı verilir.

Ekstraksiyon işleminin koşullarından biri, karşılıklı çözünmezlik ve fazların (rafine şeker ve ekstraktan) yoğunluklarında yeterli farklılıktır.

Sıvı ekstraksiyonu bir dizi teknolojik işlemden oluşur:

Saflaştırılacak sıvının ekstraktant ile temas ettirilmesi;

Bir bileşenin bir aşamadan diğerine aktarılması;

Faz ayrımı;

Ekstraktant rejenerasyonu.

Çıkarıcılar yatay ve dikey, sürekli ve periyodik, tek kademeli ve çok kademeli, çapraz akışlı ve karşı akışlı, mekanik enerji beslemeli (faz teması için) ve mekanik enerji beslemesiz vb. olabilir.

En basit ekstraktör tipi, sürekli faz temasına sahip dikey püskürtme kolonudur (Şekil 2.1). Atık su, yukarıdan içi boş bir dikey silindirik kolona beslenir ve yoğunluğu suyun yoğunluğundan daha az olan bir ekstraktant, bir dağıtıcı (damla şeklinde) kullanılarak alttan püskürtülür. Fazların ters akım hareketi yerçekimi ile sağlanır, yani. faz yoğunluğundaki fark (itici güç). Ortaya çıkan damlacıklar çalışma alanından geçer, kirletici maddeyi çıkarır ve üst çökeltme tankında toplanır.

Işık fazının üst çökelme bölgesinden uzaklaştırılması herhangi bir zorluk yaratmaz; fazla sıvı boru yoluyla boşaltılır. Ağır fazın uzaklaştırılması özel bir ayar gerektirir, aksi takdirde sıvının tamamı alttan dökülebilir. En basit cihaz, çalışma prensibi hafif ve ağır fazların akışıyla boşaltılan sıvı sütunlarının (iletişim kapları) dengelenmesine dayanan Florentine gemisidir.

Ekstraktant için gereksinimler:

Rafine şekerle minimum karşılıklı çözünürlük;

Yüksek seçicilik;

Yüksek dağıtım katsayısı ve büyük kapasite;

Rafine şekere kıyasla yoğunlukta yeterli fark;

Kullanılabilirlik, düşük maliyet, yenilenme kolaylığı;

Toksik olmayan, patlamaya dayanıklı, minimum düzeyde aşındırıcı etki.

Endüstriyel atık sularda teknik değeri olan yüksek miktarda çözünmüş organik madde bulunduğunda ekstraksiyon etkilidir. Önemli miktarda fenol içeren katı yakıtların (kömür, şeyl, turba) ısıl işleminde işletmelerden gelen atık suyun arıtılmasında en yaygın olarak kullanılır.

Hesaplama yöntemi

1. Ekstraksiyon faktörü:

burada Cin ve Cout atık sudaki kirleticinin girdi ve gerekli çıktı (MPC) konsantrasyonlarıdır.

2. Ekstraktantın hacimsel akış hızı:

, m3 / sa, (2,2)

burada Q SW atık su akış hızıdır, m3 /saat;

m - dağıtım katsayısı.

3. Ekstrakttaki ekstrakte edilen maddenin konsantrasyonu (orijinal saf ekstraktant ile):

, mg/l.

(2.3)

. (2.4)

4. Gerekli ekstraksiyon derecesi:

5. Cihazın kesiti:

, m 2 , (2,5)

burada w akış hızıdır, m/s. Hesaplamalarda w=0,02 m/s.

6. Sütun çapı:

, m.(2.6)

7. Sütun yüksekliği: H=(5-7)D, (2.7)

8. TF çıkışının yüksekliği (haberleşen kapların denkleminden):

, m, (2.8) Nerede Ve – LF ve TF'nin (su) yoğunluğu,

=1000 kg/m3; Ve
– LF ve TF yükseklikleri (Şekil 2.1). Bunu kabul etmek , ayarlayabilirsiniz veya (Örneğin,

=H/7) ve TF çıkışının yüksekliğini hesaplayın.