Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Процесс экстракции. Материальный баланс процесса экстракции



Экстрагированием называется извлечение одного или нескольких компонентов из смеси веществ путём обработки её жидким растворителем, обладающим способностью избирательно растворять только извлекаемые компоненты. В химической промышленности наиболее распространена экстракция в системах жидкость-жидкость.

Жидкостная экстракция предусматривает две технологические операции:

- контактирование исходной смеси с растворителем, в ходе которого осуществляется собственно массообменный процесс, т.е. переход компонента через границу раздела из одной фазы в другую;

- отделение полученного раствора от оставшейся жидкой смеси.

Таким образом, жидкостная экстракция предполагает неполную взаимную растворимость исходной смеси и растворителя – в противном случае вторая операция неосуществима. Операция контактирования фаз обычно проводится путём распределения (дробления) одной фазы в виде капель в объёме другой.

Разделение жидких смесей экстрагированием ведётся при низких температурах, что даёт возможность разделить смесь, состоящую из термически нестойких компонентов. Экстрагированием можно разделить азеоторопные смеси, а также смеси, состоящие из близкокипящих компонентов.

Экстрактом называется экстрагент, содержащий извлечённый компонент и часть исходного растворителя. Исходная смесь, обеднённая извлекаемым компонентом и содержащая некоторое количество экстрагента, называется рафинатом.

Экстрагент должен обладать селективностью, лёгкой регенерируемостью, отличаться от исходного раствора по плотности и вязкости, обеспечивающих процесс расслоения фаз. Кроме того, экстрагент должен по возможности быть малолетучим, нетоксичным, доступным и с низкой стоимостью.

Экстрагирование включает следующие основные операции:

- смешение исходной смеси веществ и экстрагента с целью более тесного контакта между ними;

- механическое разделение двух несмешивающихся фаз на так называемые экстракт и рафинат;

- удаление и регенерацию экстрагента из экстракта и рафината.

Разделение образовавшихся фаз может происходить вследствие разности плотностей, либо под действием поля центробежных сил. Регенерация экстрагента из рафината и экстракта может производится дистилляцией, ректификацией, выпариванием и другими методами.

Промышленные методы экстрагирования могут осуществляться в аппаратуре периодического и непрерывного действия. В первых исходная смесь и растворитель загружаются периодически и в процессе экстракции непрерывно может выделяться только один компонент исходной смеси. В установках непрерывного действия загрузка исходной смеси и растворителя осуществляется непрерывно и непрерывно выделяются оба компонента разделяемой исходной смеси.

В настоящее время жидкостная экстракция применяется в химической технологии, гидрометаллургии, аналитической химии для извлечения, разделения, концентрирования и очистки веществ. Экстракционные процессы используются в производстве органических продуктов, антибиотиков, пищевых продуктов, редкоземельных элементов, ряда редких, цветных и благородных металлов, в технологии ядерного горючего, при очистке сточных вод.

В состоянии равновесия при определённой температуре концентрации растворённого вещества в экстракте и рафината находятся между собой в функциональной зависимости

у = f(х) (1)

Эта зависимость на диаграмме в системе координат х-у может быть изображена в виде кривой, ход которой определяется экспериментально на основе простых измерений. Иногда равновесие может быть изображено на диаграмме х-у в виде прямой или уравнением у = kр × х (2), т.е. система подчиняется закону равновесного распределения вещества между экстрактом и рафинатом.

Здесь kр – постоянная величина при данной температуре, называется коэффициентом распределения

kр = y/x

Уравнение (2) справедливо при условии, если исходный растворитель и экстрагент взаимно совершенно нерастворимы, отсутствует ассоциация или диссоциация молекул экстрагируемого вещества и отсутствует химическое взаимодействие между фазами.

Процессы экстрагирования подчиняются общим законам массопередачи. Уравнение материального баланса для процесса экстракции в общем виде можно записать:- L × dx = G × dy (3)

Уравнение (3) интегрируется в пределах в зависимости от условий проведения экстрагирования.

Рассмотрим случай, когда жидкости взаимно нерастворимы.

Примем, что уо – содержание чистого растворителя,

хо – начальное содержание экстрагируемого компонента в

исходной смеси,

х1 – конечное содержание экстрагируемого компонента в той же

смеси,

у1 – конечное содержание экстрагируемого компонента в

экстрагенте.

При однократном контакте жидкостей (исходной смеси и экстрагента) уравнение материального баланса проинтегрируется в пределах от хо до х1 и от 0 до у1, т.е.

FE – рабочая линия пересекает кривую равновесия в точке Е, определяя состав экстракта у1 и рафината х1. FE – рабочая линия пересекает кривую равновесия в точке Е, определяя состав экстракта у1 и рафината х1.

Если справедлив закон распределения, то совместное решение уравнения равновесия у = kр × х и уравнение (4) приводит к соотношению:

-L × (х1 – хo) = G × k × x или

L × хo = L × х1 + k × G × х1, откуда

х1 = L × хo/(L + k × G) - уравнение позволяет вычислить состав жидкости после экстрагирования

 

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.