Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Якщо величина kp сильно змінюється з концентрацією розчину, її краще виражати через ізотерму екстракції, або лінію рівноваги, тому що в стані рівноваги при певній температурі концентрації розподіленої речовини в екстракті і рафінаті перебувають між собою у функціональній залежності
У = fix). (131)
Цю залежність на діаграмі в системі координат у — х можна зобразити у вигляді кривої (рис. 74), хід якої визначається експериментально на основі простих вимірювань. Іноді рівновагу можна зображати на діаграмі у — х у вигляді прямої або рівнянням
У = крХ, (132)
тобто система підлягає закону рівноважного розподілу речовини між екстрактом і рафінатом. Ці рівняння справедливі при умові, що вихідний розчин і екстрагент взаємно нерозчинні і асоціації або дисоціації молекул, а також хімічної взаємодії між фазами немає.
В багатьох випадках, незважаючи на малу концентрацію розподіленого компонента, рівноважна залежність ускладнюється внаслідок хімічної взаємодії з екстрагентом, а також через різний стан компонента в обох фазах (наприклад, компонент може бути дисоційованим у водній фазі і недисоційованим в органічній). При цьому рівноважна залежність криволінійна, а коефіцієнт розподілу залежить не тільки
від температури, а й від концентрації.
Рівновага в потрійній системі. Практично процеси екстрагування проводяться з системами, які складаються мінімально з трьох компонентів (/С=3) і двох рідких фаз (Ф=2). Для таких систем, за правилом фаз, число ступенів вільності дорівнює трьом (с = 3). Отже, в цьому
Рис. 74. Ізотерма екстракції при повній взаємній нерозчинності розчину і екстрагента.
випадку незалежними змінними будуть три параметри — температура, тиск і концентрація однієї з фаз. Оскільки вплив тиску в системі рідина — рідина не має значення, то ним можна знехтувати.
Типову діаграму найбільш поширених потрійних рідких систем з однією парою компонентів, що частково змішуються, наведено на рис. 75. Компоненти А і В, В і S мають безмежну взаємну розчинність, а компоненти А і S частково розчинні один в одному. Область гетерогенних двофазних розчинів обмежена бінодальною кривою DR1KE1E. В цій області показано кілька хорд рівноваги з нескінченної безлічі можливих. Хорди мають неоднаковий нахил, що пов'язано із зміною коефіцієнта розподілу. На діаграмі сторона AB трикутника відповідає різним складам вихідного розчину, вершина А відповідає чистому розчиннику вихідного розчину, а вершина В — чистій розчиненій речовині. Вершина 5 відповідає чистому селективному розчиннику (екстрагенту). Є гранична концентрація компонента В у вихідному розчині, не перевищуючи яку можна екстрагувати цей компонент при температурі, для якої побудована діаграма. Ця концентрація визначається відрізком АС, утвореним при перетині дотичної до бінодаль-ної кривої, проведеної з вершини 5, з стороною AB трикутника в точці С. Цій граничній концентрації відповідає максимальна витрата екстрагента, яка визначається відрізком CE1. З розчинів, склад яких відповідає точкам, що лежать на відрізку CB, екстрагування здійснити неможливо незалежно від кількості екстрагента. Такі діаграми будуються для постійної температури і бінодальні криві на них — це ізотерми розчинності.
Ізотерми екстракції. Рівновагу потрійних рідких систем також зображують за допомогою кривих залежності між концентраціями рівноважних розчинів — ізотерм екстракції. Ця крива показує залежність між концентраціями компонента В (розподіленої речовини) в фазах А і 5. Кожній хорді рівноваги на трикутній діаграмі відповідає одна точка на кривій рівноваги. Так, наприклад, точка Q на кривій рівноваги (рис. 76) відповідає хорді рівноваги RE на рис. 76, а. Крива рівноваги проходить через максимум і перетинає діагональ діаграми в точці К, яка відповідає критичній точці розчинності.
Криві селективності. По діаграмі стану можна зробити висновок про селективність екстрагента. Висока селективність забезпечує меншу витрату екстрагента і економічність
проведення процесу екстрагування. Селективність екстрагента є його основною властивістю, яка визначає повноту вилучення при екстрагуванні. Якщо розглянути прямі на рис. 75, проведені з вершини 5 через кінці хорди рівноваги R1E1 до перетину з стороною AB, причому точка R1 відповідає фазі
Рис. 75. Трикутна діаграма потрійної системи рідина — рідина з однією парою компонентів, що частково вмішуються.
ISl
рафінату, а точка E1 — фазі екстракту, то точка G на стороні AB відповідає рафінату, з якого повністю видалено екстрагент S, а точка C — екстракту, з якого видалено весь екстрагент. Таким чнном, після регенерації екстрагента з обох фаз утворюється максимально збагачений екстракт, а рафінат гранично збіднений компонентом, який вилучається. Чим більша відстань між точками G і С, тим більш селективним буде екстрагент щодо компонента В. Для кількісної оцінки селективності користуються діаграмою селективності, побудованою у вигляді залежності концентрації компонента (В), що розподіляється у фазі екстракту, від його концентрації у фазі рафінату, не враховуючи наявності екстрагента (компонента S) в цих фазах. Крива селективносте