Методы осуществления экстракции

Любой процесс экстракции содержит следующие стадии: 1) смешение растворителя с разделяемой смесью, обеспечивающее их контактирование; 2) разделение образовавшейся смеси на рафинатный и экстрактный р-ры. В зав-ти от числа ступеней экстракции и способа их соединения различают следующие разновидности процесса экстракции: однократную, многократную и противоточную.

При однократной экстракции: исходное сырье Fв один прием обрабатывают заданным кол-вом растворителя L в смесителе С. Образовавшуюся в результате контакта смесь разделяют в отстойнике О на рафинатный Rи экстрактный S растворы, которые отводят из аппарата.

При многократной экстракции: исходное сырье Fи соответствующие рафинатные р-ры R_i обрабатываются порцией свежего растворителя на каждой ступени экстракции, где имеются смеситель С и отстойник О. При этом рафинатный р-р направляется в следующую ступень экстракции, а экстрактные р-ры S₁, S₂, S₃, после каждой ступени экстракции выводятся из системы. При таком способе обработки исходная разделяемая смесь F поступает в первую ступень экстракции, а окончательный рафинатный р-р R₃отбирается из последней ступени.

 

Очевидно, в этом случае можно получить лучшее качество рафинатного раствора по сравнению с однократной экстракцией, однако выход конечного рафинатного раствора (рафината) уменьшается.

Противоточная экстракция характеризуется многократным контактированием в противотоке рафинатных и экстрактных р-ров, целью которого является обеспечение заданного изменения их составов. Противоточное контактирование фаз может быть осуществлено либо в системе аппаратов типа смеситель-отстойник, либо в аппарате колонного типа с контактными устройствами различных конструкций.

Противоточная экстракция обеспечивает получение продуктов заданного качества при высоких их выходах. Бывает также многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой и многоступенчатая противоточная экстракция двумя растворителями.

4. Однократная экстракция

Для расчета процесса однократной экстракции необходимо располагать бинодальной кривой с конодами и составом сырья, определяемой (∙) F. В результате расчета определяют удельный расход растворителя g_L/g_F, кол-во образовавшихся рафинатного и экстрактного р-ров g_R и g_S, содержание в них растворителя x_LR и х_LS, выходы рафината g_Р и экстракта g_Q.

Проводят однократную обработку сырья Fраст-лем L. На ∆-ой диаграмме смесь сырья и р-ля определяется (∙), лежащими на прямой LF, к-ая хар-ет постоянство соотношения комп-тов А и Впри разбавлении исходной с-мы р-лем L.

N₁ и N₂ –мин-ный и макс-ный расход р-ля при однократной экстракции. Расход р-ля должен быть выбран таким, чтобы (∙)Nтройной системы располагалась м/у (∙)N₁ и N₂ внутри области, ограниченной бинодальной кривой.

Пусть расход р-ля выбран таким, что его смесь с сырьем хар-зуется (∙)N, а конц-я р-ля в смеси будет равна х_LN. Тогда расход р-ля g _Lопределится из следующего соотношения: откуда

На основании первого св-ва ∆-ой диаграммы кол-во образующихся рафинатного g _Rи экстрактного g_S р-ров опр-ся из соотношения: и уравнения мат. баланса экстракции

Конц-и р-ля в рафинатном x_LR и экстрактном x_LS р-рах опр-ются (∙)ами, полученными при пересечении горизонталей, проведенных из (∙)ек R и S, со стороной ∆-ка AL.

При удалении р-ля из рафинатного р-ра получим рафинат, характеризуемый (∙)Р, к-рая находится на стороне АВ, так как содержание р-ля в рафинате равно нулю. Положение (∙) определяется прямой, проходящей через (∙)ки р-ля L и рафинатного р-ра Rи пересекающей сторону АВ∆-ка в (∙)Р. Аналогично определяется (∙)Q.

Выходы рафината g_Pи экстракта g _Q могут быть найдены на основании первого св-ва ∆-ной диаграммы

5. Расчёт противоточной экстракции по ∆-ой диаграмме

Чтобы получить рафинатный и экстрактный р-ры требуемого качества при высоком выходе рафинатного р-ра применяют процесс противоточной экстракции.

Для расчета противоточной экстракции должны быть заданы бинодальная кривая с конодами, состав исходного сырья ((∙)F),и состав конечного рафината R₃и (или) экстракта S₁.Все остальные величины могут быть определены расчетом.

Уравнения материального баланса для каждой ступени экстракции:

1 ступень , откуда

2 ступень откуда

3 ступень откуда

Из приведенных уравнений следует, что

Ур-ние (1) хар-ет пучок прямых, проходящих через (∙) каждой пары встречных потоков S₁ и F, S₂.и R₁, S₃ и R₂, L и R₃ и пересекающихся в (∙) М. Эти линии являются рабочими.

Расход растворителя g_Lв этом случае определяется координатами (∙)N:

Пусть задан расход растворителя:

Кол-во конечных рафинатного и экстрактного р-ров:

и

Выходы рафината и экстракта: и

 

6. Расчёт противоточной экстракции по диаграмме X-Y

Р_i - потоки рафинатов (без учета массы р-ля), у_i — конц-ции извлекаемого комп-та.

L_i - потоки р-ля, а через х_i — конц-ции извлекаемого комп-та

Мат. баланс по извлекаемому компоненту для аппарата в целом:

 

Если конц-ции х и у выразить относительно входящих потоков:

и

Из ур-ния (1) →: или (2)

Ур-ние (2) позволяет определить удельный расход р-ля в зав-ти от конц-ции извлекаемого комп-та в потоках входящих и покидающих аппарат.

На диаграмме X-Y наклон рабочей линии определяется удельным расходом растворителя L_N+1/P₀. На диаграммeу X-Y необходимо нанести также равновесную кривую ОС, отвечающую определенной температуре экстракции.