Одноступенчатая периодическая экстракция

Изобразим периодическую одноступенчатую экстракцию на диаграмме:

 

Состав исходной смеси изобразизится точкой S. Составу смеси после добавления экстрагента С соответствует точка М на прямой CS. Положение точки М зависит от количества экстрагента. При перемешивании и отстаивании образуются 2 жидкие равновесные фазы, составы которых представлены точками R и E. Положение точки М и G_R и G_E определяются по правилу рычага:

Обозначим G_S – количество исходного раствора (2-х компонентного); G_C – количество экстрагента. Тогда SM/MC = G_C/G_S; отсюда количество экстрагента G_C = G_S*SM/MC. Зная положение хорды равновесия, проходящей через точку М, можно определить количество рафината: G_E/G_R = RM/ME; (G_E + G_R)/G_R = (ME +RM)/ME; так как G_E + G_R = G_M, то G_M/G_R = RE/ME и G_R = G_M*ME/RE. Тогда количество экстракта G_E = G_M – G_R = G_M – G_M*ME/RE = G_M*(RE – ME)/RE = = G_M*RM/RE = G_E. Для определения состава рафината через точки C и R проводят прямую до пересечения с АВ. Получают точку R_K. Для определения состава экстракта проведём линию через СЕ. Е_К – состав экстракта. Точки R_K и E_K соответствуют бинарным смесям, не содержащим экстрагента. По диаграмме можно определить max и min расход экстрагента. При уменьшении количества экстрагента точка М перемещается влево и в пределе совмещается с бинодальной кривой, точкой М₁. Отсюда G_Cmin = =G_S*SM₁/M₁C. Аналогично для точки М₂ G_Cmax = G_S*M₂S/M₂C; практический расход экстрагента выбирают промежуточным между G_Cmin и G_Cmax.

 

Многоступенчатая прямоточная экстракция

Она применяется для лучшего выделения целевого компонента, при этом происходит многократная промывка исходного раствора растворителем. Если при этом каждый раз используется порция свежего растворителя, то экстракция называется прямоточной. Она состоит из повторяющихся несколько раз одноступенчатых операций.

Технологическая схема:

C₁ C₂ C₃ C_n

S R₁ R₂ …… R_n-1 R_n

E₁ E₂ E₃ E_n

 

С₁, С₂, …С_n – растворители (экстрагент);

S – исходный раствор;

Е₁, Е₂, … Е_n – экстракт; R₁, R₂, … R_n – рафинат;

1, 2, … n – аппараты, где идёт перемешивание и расслоение жидкостей.

Составы и количества отдельных продуктов будем определять исходя из предположения, что каждое смешение достаточно продолжительно и между фазами устанавливается равновесие. Воспользуемся треугольной диаграммой.

Исходный раствор (т. S) и первая порция растворителя С₁ дают смесь состава М₁. Конода, проходящая через эту точку, определяет составы рафината R₁ и экстракта Е₁. Положение точки М₁ можно определить по правилу рычага:

G_C1*CМ₁ = G_S*SM₁;

количество рафината в первой ступени R1 определяется из уравнения

G_R1*R₁M₁ = G_E1*M₁E₁;

G_R1/G_E1 = M₁E₁/R₁M₁;

G_R1/(G_E1 + G_R1) = ME₁/(R₁M₁ + M₁E₁);

С_R1 = G_M1*ME₁/R₁E₁

т.к. G_R1 + G_E1 = G_M1 = G_S + G_C1, то G_R1 = (G_S + G_C1)*E₁M₁/R₁E₁. Аналогично:

GE1 = (GS +GC1)*R1M1/R1E1

.

Операция смешения и отстаивания на второй ступени представляется точкой М₂, лежащей на R₁C. Положение точки М₂ зависит от количества растворителя С₂, поданного на вторую ступень. Составы рафината R₂ и экстракта Е₂ лежат на коноде, проходящей через точку М₂. Аналогично первой ступени могут быть определены

	GR2 = (GR1 + GC2)*E2M2/R2E2		GE2 = (GR1 + GC2)*R2M2/R2E2

и C_E2 = (G_R1 + G_C2)*R₂M₂/R₂E₂ ..

 

 

Положение точки М₃, … М_n рассчитывается аналогичным образом с учётом суммарного количества смеси, подающейся на ступень.

 

Для осуществления процессов экстрагирования используются (виды экстракторов):

1. Смесительно-отстойные экстракторы. Наиболее распространены смесители типа аппаратов с мешалкой, инжекторные, диафрагменные, центробежные насосы.

2. Колонные экстракторы: а) распылительные экстракторы; б) насадочные экстракторы; в) экстракторы с ситчатыми тарелками; г) колонные экстракторы с механическим перемешиванием фаз (роторно-дисковый экстрактор); д) пульсационные экстракторы; е) центробежные экстракторы.

 

Массопередача в системах с твердой фазой

Массопередача в системах с твердой фазой состоит из двух стадий – процесса перемещения вещества внутри тела (называется массопроводностью) и массоотдачи от поверхности твердого тела в поток жидкости (газа, пара). К процессам массопередачи с твердой фазой относятся адсорбция, сушка, выщелачивание.

 

Кинетика массопроводности

Кинетика массопроводности описывается законом: - количество вещества, переместившегося в твердом теле за счет массопроводности прямопропорционально градиенту концентрации, площади ┴ направлению потока вещества и времени. К - коэффициент массопроводности ( ). Процесс переноса вещества внутри твердого тела описывается диффузионным уравнением массопроводности ;

К – не является постоянной величиной, зависит от природы процесса (адсорбция, сушки), от структуры пористого тела, определяется экспериментально.

 

Схема перемещения вещества внутри тел.

Тело (пластина) толщиной 2 , с обеих сторон омывается потоком. Т.к. тело симметрично, рассмотрим процесс по одну сторону. В ядре потока концентрация постоянна и равна . В момент концентрация равна Сн в центре пластины и на границе раздела; в момент времени - изменеяется от в центре пластины до на поверхности; - от до и т.д. От границы раздела вещество диффундирует через пограничный слой. В пограничном слое наблюдается постепенное затухание турбулентности и наиболее резкое изменение концентрации, почти линейное у поверхности. Основной здесь является молекулярная диффузия. В ядре потока омывающего твердую фазу, т.е. внешней области, массоотдача происходит конвективным путем; концентрация снижается, приближаясь к равновесной . При концентрация в твердой фазе и в ядре = .

Таким образом концентрация в твердой фазе при массопроводности изменяется не только в пространстве, но и во времени, т.е. процесс является нестационарным.

Для решения задачи о перемещении вещества внутри твердого тела диффузионное уравнение массопроводности должно быть дополнено граничными условиями. Получим их. К элементарной площадке dF на границе раздела фаз подводится вещество, количество которого можно определить из закона массопроводности dM= - К dFd ; отводится от границы в фазу dM= dFd ; Сгр – концентрация на границе. Т.о . Разделим правую часть на левую, получим критерий Био . Между Nu_D и существует принципиальное отличие. В Nu_D все величины относятся к одной фазе, а в входит в жидкости и К – коэффициент массопроводности в твердой фазе. Критерий Био характеризует отношение внутридиффузионного сопротивления к внешнедиффузионому сопротивлению. Если значение мало - процесс лимитируется внешней диффузией.

 

Сушка. Общие сведения

Сушка – процесс удаления влаги из твёрдых влажных материалов путём её испарения и отвода образующихся паров . Этот процесс широко используется в химической технологии, часто является завершающей стадией перед выпуском готовой продукции.

Сушка осуществляется двумя основными способами:

1.Контактной сушкой – когда нагревание влажных материалов происходит через непроницаемую перегородку.

2.Конвективной или воздушной сушкой – когда нагревание осуществляется в результате непосредственного контакта с газовым теплоносителем.

Иногда тепло подводится к влажному материалу токами высокой частоты или инфракрасными лучами (это диэлектрическая и радиационная сушка).

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. ТЕМА 7: «Акушерские щипцы. Вакуум экстракция плода. Их влияние на плод. Плодоразрушающие операции».
2. ТЕМА 7: «Акушерские щипцы. Вакуум экстракция плода. Их влияние на плод. Плодоразрущающие операции».