Противоточная экстракция для частично растворимых жидкостей

Схема аппарата представлена на рис. 287.

Рис. 287. Колонный аппарат для противоточной экстракции.

К недостаткам многократной экстракции следует отнести громозд­кость аппаратуры и большой расход растворителя. Этих недостатков лишена противоточная экстракция в аппарате колонного типа.

Для изображения процесса противоточной экстракции на треуголь­ную диаграмму наносят точки F, E₁, S и R_к. Соединяют точки F и Е₁, R_k и S. Линии продолжают дальше. Пересечение прмых F Е₁ и R_kS определяет полюс диаграммы Q. Условным построением коннод R₁E₁, R₂E₂, R_kE₃, определяется число теоретических ступеней /в данном случае N_c = 3/. Диаграмма представлена на рис. 288.

Рис. 288. Треугольная диаграмма для противоточной экстракции.

Материальный баланс.

Для представления материального баланса условно соединют

точки F и S ₁, R_к и E_1. Линия R_кE₁ не является коннодой.

Потоки:

; ; ; ;

4. Противоточная экстракция для взаимно нерастворимых жидкостей.

Для этой системы применимы обозначения и теория основ массо-передачи. Схема аппарата и диаграмма У-Х приведены на рис.289.

Рис. 289. Схема аппарата а/ и диаграмма У-Х б/ для противоточной экстракции при взаимно нерастворимых жидкостях.

1 - исходная смесь, 2 - рафинад. 3 - растворитель. 4 - экстракт.

Материальный баланс

Удельный расход растворителя

Конструкции экстракторов

1. Смесительно-отстойные.

2. Полые /распылительные/ колонны.

3. Насадочные колонны.

4. Тарельчатые колонны /ситчатые тарелки/.

5.Роторно-дисковые.

6. Пульсационные.

7. Центробежные /экстрактор Подбельняка/.

8. Инжекторные.

И другие.

Конструкции рассмотреть самостоятельно по учебнику

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

Экстракция в системе твердое тело - жидкость. Широко применяется в производстве органических полупродуктов, красителей, минеральных удобрений, при химической переработке рудных материалов, в химико-фармацевтической промышленности, в производстве сухих порошков для приготовления различных напитков и др.

Статика растворения

В качестве растворителей используют воду, водные растворы неко­торых минеральных кислот и щелочей, органические растворители.

Состояние равновесия твердой и жидкой фаз характеризуется кривой растворимости. Обозначим:

У - концентрация компонента в жидкой фазе,

Х - концентрация компонента в твердой фазе.

Диаграмма растворимости представлена на рис. 290.

Рис. 290. Диаграмма растворимости.

1 - пересыщенный раствор /область кристаллизации, 2 - кривая растворимости /насыщенный раствор/, 3 - ненасыщенный раствор /область растворения и выщелачивания/.

Движущая сила в начале и в конце процесса выщелачивания

Изменение движущей силы с течением времени представлено на рис. 291. Площадь под кривой

Откуда

или

Рис. 291. Изменение движущей силы с течением времени.

Материальный баланс для произвольного аппарата аналогичен предыдущему:

Расход растворителя.

Кинетика растворения.

Схема массоотдачи представлена на рис. 292.

Закон Щукарева

Полагаем

Тогда

/161/

Расчеты продолжительности выщелачивания по уравнению /161/ затрудняются зависимостью двух величин от времени

Для определения коэффициента массоотдачи применяется

критериальное уравнение

Из кинетики следуют пути интенсификации процесса выщелачивания

/ увеличение /:

1. Увеличение поверхности F твердого материала /измельчение/.

2.Увеличение относительной скорости движения жидкой фазы W.

3. Увеличение температуры проведения процесса t.

Аппаратура для выщелачивания.

1. Аппараты с мешалкой.

2. Аппараты с пневматическим перемешиванием.

3. Аппараты с пневмомеханическим перемешиванием.

4. Аппараты с просачиванием жидкости через неподвижный слой зернистого материала / перколяторы/.

5. Аппараты под давлением / автоклавы/.

6. Шнековые.

7. Барабанные.

8. Трубчатые.

9. Со взвешенным слоем.

10. Каскад аппаратов с мешалками.

В качестве примера рассмотрим переход от аппарата с мешалкой /1/ к каскаду аппаратов /10/.

/1/. Аппарат с мешалкой.

Схема аппарата и график изменения концентрации компонента в твер­дой фазе с течением времени представлены на рис. 293.

Рис. 293. Схема аппарата с мешалкой а/ и график изменения концентрации X с течением времени б/.

В общем случае продолжительность выщелачивания зависит от кон­центрации компонента в твердой фазе, температуры процесса и диаметра частиц твердой фазы.

/10/ Каскад аппаратов с мешалками.

Для перехода от периодического процесса в одном аппарате к каскаду аппаратов непрерывного действия, под кривой на рис. 293(б) строят ступенчатую ломаную линию. Число ступеней определяет число аппаратов в каскаде. Это показано на рис. 294.

Рис. 294. Определение ступеней для каскада аппаратов.

В принципе под кривой /рис. 294/ можно построить сколько угодно ступеней. Поэтому оптимальное число ступеней принимается на основе технико-экономического расчета, принимается критерий оптимальности

где:

С- себестоимость единицы продукции,

К - объем капиталовложений,

П - объем продукции,

- нормативный срок окупаемости

Оптимальное число ступеней определяется по минимуму критерия "Е", как это показано на рис. 295.

Рис. 295. Определение оптимального числа ступеней для каскада аппаратов с мешалками.

Адсорбция

Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкостях веществ твёрдым поглотителем – адсорбентом.

Поглощаемое вещество носит название адсорбата или адсорбтива.

Адсорбция – обратимый процесс. Процесс выделения адсорбтива называется десорбцией.

При химическом взаимодействии адсорбента и адсорбтива процесс поглощения называется хемосорбцией. Например, поглощение хлора твёрдым едким натром (натронной известью).

Адсорбция применяется главным образом при небольших концентрациях поглощаемого вещества (адсорбтива) в исходной смеси. Ее преимущество перед другими методами разделения – практически полное извлечение адсорбтива.

Адсорбция широко используется при осветлении растворов (например, сахарных сиропов), при очистке и сушке газов (например, природного газа), при выделении некоторых компонентов из реакционных газов (например, выделение ароматических углеводородов из коксового газа), при гетерогенном катализе, когда исходные реагенты адсорбируются на катализаторе и десорбируются при реакции.

При покраске различных изделий летучие растворители переходят в воздух за счёт испарения. В целом по стране потери этих ценных растворителей очень велики, к тому же они загрязняют атмосферу. Адсорбция позволяет почти полностью извлечь летучие растворители из их смеси с воздухом.

Адсорбция применяется в системе кондиционирования воздуха жилых и производственных помещений. В пищевых блоках адсорбция устраняет раздражающие дымы и запахи.

Адсорбция в значительной мере используется в физико-химическом анализе, например, в хроматографии (сочетание адсорбции и хемосорбции с образованием окрашенного химического соединения).

Адсорбция учитывается при выборе строительных материалов при строительстве жилых, промышленных, медицинских и общественных зданий. Например, запрещается применять меловую побелку в больницах и пищевых блоках.

Адсорбция используется в технике безопасности: промышленные противогазы, спецодежда и т.д. Правила ТБ запрещают нахождение работника в спецодежде вне служебного помещения.

Краткая история.

Ведущие позиции в развитии процесса адсорбции принадлежали отечественным учёным. Так, в 1785 году русский академик Т.Е. Ловиц открыл адсорбционные свойства активированного угля. В 1915 году Н. Зелинский создал угольный противогаз. С 1929 года Н.А. Шилов провел теоретические обогащения процесса адсорбции. С 1935 года адсорбцией стала заниматься школа академика М.М. Дубинина. Далее можно отметить работы О.М. Тодеса, П.Г. Романкова, Е.Н. Серпиновой и др.

Адсорбенты.

В качестве адсорбентов обычно применяют пористые твёрдые вещества, к которым предъявляются следующие требования:

1. Большая удельная поверхность.

2. Избирательность или селективность.

3. Обратимость процесса (возможность десорбции).

4. Негорючесть.

5. Термостойкость.

6. Механическая прочность.

7. Низкая стоимость.

В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют адсорбенты, представленные в таблице 11.

Таблица 11. Физические свойства адсорбентов.

Наименование	Формула	Поверхность 1 г м2	Термостойкость	Применение
1.Активированный уголь	С	600-1700		Органические вещества
2. Силикагель		400-770		Осушка газов
3. Алкмогель		200-400		Осушитель
4. Цеолиты		10-400		Разнообразное

По размеру твёрдых частиц различают адсорбенты:

1. Зернистые, 2-8 мм,

2. пылевидные, 50-200 мкм.

Различают поры в адсорбенте:

1) макропоры до мм,

2) переходные поры от до мм,

3) микропоры от до мм.

Полагают, что ведущая роль в адсорбции принадлежит порам 1) и 2).

Теории адсорбции.

1. Физическая (потенциальная) теория, М. Поляни, 1914 г. (Брунауэр, Эммет, Теллер, Эйкен).

Над поверхностью твёрдого тела существует поле действия сил притяжения (адсорбционное поле), попадая в которое молекулы компонента притягиваются к поверхности с силой, пропорциональной потенциалу адсорбционного поля в данной точке и располагаются в нем многими слоями. Полимолекулярная теория адсорбции.

2. Теория объёмного заполнения микропор, академик М.М. Дубинин и его школа, 1947 г.

Адсорбционное поле существует во всём объеме микропор, что вызывает их объёмное заполнение в процессе адсорбции (развитие потенциальной теории).

3. Химическая теория, Дж. Дэнгмор, 1918г.

Предполагается возникновение химической связи между адсорбентом и адсорбтивом с образованием нестойкого комплексного соединения. Мономолекулярная теория адсорбции.

В пользу этой теории указывает тот факт, что адсорбция – экзотермический процесс (выделение тепла). Теплота адсорбции определяется опытным путём.

Поиск по сайту: