Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
ті екстрагента будується в координатах: —=-=-(вісь ординат) і
Va + У в
хв
-=-=—(вісь абсцис),
ХА + ХВ _
де у в 1 Xb — вагові концентрації компонента, що екстрагується, в екстракті і в рафінаті відповідно.
Слід зазначити, що ці вирази концентрацій характеризуються відповідно точками C і Q на трикутній діаграмі (див. рис. 75). Аналогічно можна визначити селективність будь-якого компонента суміші відносно другого. Селективність екстрагента характеризується коефіцієнтом селективності, або коефіцієнтом розподілу.
Коефіцієнт селективності Pss, значення якого визначається селективністю екстрагента S щодо компонента В, — це відношення концентрацій компонентів В і А у фазі екстракту (вільної від 5), поділене на відношення концентрацій тих самих компонентів у вільній від S фазі рафінату
у Jx3
hs = ^T=- • (133)
Уа'ха
Порівнюючи вирази коефіцієнта селективності Psb і коефіцієнта розподілу kp, можна встановити залежність між ними:
(134)
pa
в
З цієї залежності виходить, що із збільшенням коефіцієнта розподілу kp селективність
зростає. Коефіцієнт селективності може бути збільшений подібно до коефіцієнта розподілу.
Рис. 76. Трикутна діаграма (а) і крива розподілу (б) для системи з однією парою компонентів, що частково змішуються.
Xa» КрІМ ВИСОКОЇ СеЛеКТИВ-
ності екстрагент повинен •K0. мати також велику місткість щодо компонента,
Рис. 77. Схема безперервної фракційної екстракції в колонному апараті:
а — секція екстракції; б — секція відмивки.
що ним екстрагується. В іншому випадку для екстракції треба брати велику кількість екстрагента, що знижує економічність процесу.
Методи екстракції. При екстракції неорганічних речовин екстрагують одну або кілька речовин з водної фази переважно одним екстрагентом. При розділенні сумішей органічних сполук залежно від числа екстрагентів, які використовують для екстракції, відрізняють: екстракцію з одним екстрагентом у системах, що мають мінімум три компоненти (два компоненти вихідного розчину і екстрагент); екстракцію з двома екстрагентами (фракційна екстракція) в системах, які складаються мінімум з чотирьох компонентів (двох компонентів вихідного розчину, які розподіляються між двома екстрагентами, що не змішуються). Найбільш поширена екстракція одним екстрагентом.
Одноступенева, або однократна, екстракція полягає в тому, що вихідний розчин і екстрагент перемішують (збовтують), після чого вони розділяються на два шари: екстракт і рафінат. При такій однократній взаємодії за певний час можна дістати близькі до рівноважних склади екстракту і рафінату. Проте цей малоефективний метод в промисловості застосовується дуже рідко, лише тоді, коли коефіцієнт розподілу дуже високий.
Багатоступенева протитечійна екстракція. Вихідний розчин і екстрагент надходять з протилежних кінців установки, яка складається з кількох послідовно сполучених ступенів, і рухаються протитечією. Кінцевий екстракт видаляється з першого ступеня установки, а кінцевий рафінат — з останнього.
Багатоступенева екстракція двома розчинниками називається фракційною екстракцією і вважається найбільш ефективною порівняно з іншими методами екстрагування. В найпростішому випадку в процесі беруть участь чотири компоненти: два компоненти вихідного розчину (А -f- В) і два екстрагенти (Si і S2). Один з екстрагентів S1 вилучає переважно компонент В і утворює з ним фазу екстракту, а другий екстрагент S2, в якому розчиняється в основному компонент А, утворює фазу рафінату. На рис. 77 наведено схему безперервної екстракції, яка здійснюється в колонному апараті. Вихідна суміш надходить у середню частину колони /, важчий екстрагент S2 подається у верхню частину колони, а легший S1 — в нижню. Екстракт (S1 + В) і рафінат (S, + А) беруть з протилежних кінців установки (2 і 3).
Екстракцію двома екстрагентами застосовують в основному для розділення речовин з близькою розчинністю, наприклад суміші рідкісноземельних елементів.
5M
F-Я* В
s,*b
я
Рис. 78. Роторио-дисковий колонний екстрактор:
; — корпус; 2 — кільцеві перегородки; З — ротор; 4 — привод; 5,6 — відстійні зони; 7 — розподільник легкої фази.
Будова екстракційних установок. Екстрактори бувають ступінчасті, де зміна складу фаз відбувається стрибками від апарата до апарата, і диференційно-контактні, в яких склад фаз змінюється під дією різниці густини фаз — гравітаційні, або відцентрові, екстрактори, де розділення фаз відбувається в полі відцентрових сил. Всі екстрактори поділяються на періодичні і безперервні.
Ступінчасті змішувально-відстійні екстрактори — це найстаріший тип екстракторів. Кожний ступінь екстрактора складається зі змішувача, де рідини перемішуються до рівноважного стану, і відстійника, де розшаровуються фази.
Насадочні і сітчасті колонні екстрактори по суті не відрізняються від насадочних і сітчастих абсорберів. Вони економічні, мають просту конструкцію, проте характеризуються малою інтенсивністю масопередачі.
Роторно-дискові і колонні екстрактори з механічним перемішуванням останнім часом дедалі більше використовуються. Ці апарати (рис. 78) займають невелику робочу площу, надійні в експлуатації, мають високу інтенсивність масопередачі, проте складну конструкцію ротора при великому числі ступенів (більш як 6—8) і надмірну висоту апаратів.