ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Одноступенчатая экстракция из двух компонентных растворов из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" Предъявляют также ряд других требований высокая удельная производительность, простота и надежность конструкции, малая металлоемкость, низкий расход энергии. Поиски оптимального экстрактора обусловили появление многочисленных конструкций этого аппарата, из которых практическое применение нашло ограниченное их число. [c.563] Простейшим одноступенчатым экстрактором периодического действия может служить вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный мешалкой (лучшей диспергирующ,ей способностью обладают турбинные мешалки). После перемешивания загруженных количеств исходной смеси и экстрагента мешалку останавливают, предоставляя смеси жидкостей возможность расслаиваться. Полученные экстракт и рафинат выгружаются и процесс повторяется для более полного извлечения целевого компонента рафинат может быть подвергнут повторной экстракции. [c.563] Одноступенчатые экстракторы могут работать также непрерывно, если сочетать смесительную камеру с отстойной камерой непрерывного действия (рис. ХП-1), причем обе камеры могут быть либо обособлены и соединены трубопроводом (рис. ХП-1, а), либо более компактно расположены в одном корпусе (рис. X П- , б). Смесительная камера может быть заменена центробежным насосом (показано пунктиром на рис. ХП-1, а). [c.563] Достоинствами ящичных экстракторов являются высокая эффективность (большая степень приближения к равновесию), возможность работы с любым соотношением расходов исходной смеси и экстрагента, малая чувствительность к присутствию в жидкостях взвешенных твердых частиц, доступность наращивания числа секций (ступеней), сохранение распределения рабочих концентраций обеих фаз при продолжительных остановках, надежность перехода от малых моделей к промышленным аппаратам. Рассматриваемым аппаратам свойственны, однако, существенные недостатки громоздкость, обусловленная большим объемом отстойных камер большая занимаемая площадь и наличие большого числа приводов (по числу секций или ступеней). Перечисленные недостатки ограничивают область применения ящичных экстракторов по сравнению с экстракторами колонного типа. [c.564] НОЙ фазой (тяжелой жидкостью). По выходе из слоя насадки в сепарационное пространство (отстойную камеру) колонны капли сливаются здесь поддерживается на определенном уровне поверхность раздела жидкостей, ниже которой вводится тяжелая, а выше отводится легкая фаза. Для обеспечения большей межфазной поверхности материал насадки должен лучше смачиваться сплошной фазой, чем дисперсной в противном случае капли последней будут сливаться в пленки, поверхность которых может в пределе сравняться с поверхностью самой насадки. [c.565] Насадочные экстракционные колонны обладают низкой эффективностью (высота, эквивалентная ступени равновесия, редко бывает ниже 2 м, но часто достигает 5 м и более), поэтому применяются в случаях, когда для осуш,ествления процесса требуется небольшое число ступеней равновесия, а также при обработке сильно вспениваюш,ихся жидкостей. [c.565] Несколько меньшую эффективность, но значительно более высокую удельную производительность [до 300 м /(м ч)] имеют -распылительные экстракционные колонны (рис. ХП-З, б), не содержащие внутри никаких распределительных устройств. [c.565] Здесь одна из контактирующих жидкостей (объемный расход которой выше) вводится в колонну через распыляюш,ие устройства (сопла, инжекторы) и перемещ,ается навстречу второй жидкости, движуш,ейся сплошным потоком. Оба конца колонны расширены и образуют отстойные камеры во избежание уноса легкой жидкости более тяжелой, и наоборот. Поверхность раздела располагается обычно на том конце колонны, где происходит коалесценция капель дисперсной фазы. Низкая эффективность распылительных экстракционных колонн объясняется сильным продольным перемешиванием (резким нарушением режима противотока), возрастаюш,им по мере увеличения объемной концентрации (задержки) дисперсной фазы. [c.566] Среди экстракционных аппаратов гравитационного типа наиболее эффективными являются ситчатые колонны (рис. ХП-З, в), которые подобно абсорбционным и ректификационным колоннам состоят из цилиндрического корпуса с размеш,ен-ными в нем ситчатыми (решетчатыми) тарелками. Последние разделяют колонну на секции, сообщающиеся через отверстия в тарелках и переточные трубки. Легкая фаза, поднимаясь вверх по колонне, проходит через отверстия в тарелках, дробится на капли, которые контактируют в межтарелочном пространстве со сплошной фазой, движущейся сверху вниз. Достигнув следующей тарелки, капли сливаются, образуя слой, который вновь дробится при прохождении через отверстия этой тарелки. Таким образом, легкая фаза диспергируется в колонне столько раз, сколько в последней размещено тарелок, контактируя в каждом межтарелочном пространстве с встречным потоком сплошной фазы. Последняя же перемещается из секции в секцию через переточные трубки. [c.566] Общим недостатком всех рассмотренных гравитационных экстракторов является недостаточно тонкое диспергирование жидкостей и малая интенсивность их перемешивания. Этот недостаток устранен в колонных экстракторах, работающих с подводом внешней энергии, среди которых наибольшее применение в химической промышленности получили колонны роторно-ди-с к о в ы е (рис. ХП-4, а) и колонны с чередующимися смесительными и отстойными зонами (рис. ХП-4, б). [c.566] В корпусе колонны второго типа (рис. ХП-4, б) последовательно чередуются зоны перемешивания и расслаивания, каждая пара которых образует секцию. В первых расположены турбинные мешалки, сидяш,ие на обш,ем вертикальном валу, а вторые содержат либо какую-нибудь насадку (чаш,е всего кольцевую), либо пакет металлических сеток. Пройдя встречными потоками все секции колонны, фазы обрабатываемого раствора и экстрагента многократно перемешиваются, а насадка способствует их расслоению после каждого акта смешения. Эффективность и удельная производительность двух последних экстракционных колонн примерно одинаковы. [c.567] Из выражения (ХИ.1) следует, что конечная концентрация в рафинате падает по мере увеличения коэффициента распределения R и удельного расхода экстрагента D/IF = О возможно только при R = оо или DIW = оо. [c.570] Из выражения (ХП.2) видно, что полное извлечение целевого компонента практически невозможно, так как т] = 1 только при R = ао или DIW = оо. [c.571] Частичная взаимная растворимость экстрагента и растворителя. В рассматриваемом случае после перемешивания экстрагента и исходной смеси и последуюш,его расслоения образовавшейся гетерогенной смеси мы получим две равновесные жидкие фазы, представляюш,ие собой не бинарные, а трехкомпонентные растворы растворитель (А) + целевой компонент (В) + экстрагент (С). Условия равновесия таких систем, как показано было ранее (см. главу IX), изображаются в плоскости равностороннего треугольника (рис. XI1-7, б), вершины которого соответствуют индивидуальным вещ,ествам (А, В, С), а стороны — их бинарным смесям (А В, В С, А + С). Точки внутри треугольника изображают трехкомпонентные растворы, гетерогенные в области под бинодальной кривой ab и гомогенные — за ее пределами. Любая гетерогенная смесь (например, изображаемая точкой Л ) расслаивается на два равновесных трехкомпонентных раствора, изображаемых точками пересечения бинодальной кривой (Р1 и 3i) с конодой, проходяш,ей через точку N. В гетерогенной области коноды укорачиваются по мере подъема вверх (с ростом концентрации компонента В), сливаясь в точке К, но-сяш,ей название критической точки (последняя не обязательно соответствует экстремуму кривой ab ). Точка К делит бинодальную кривую на две ветви (аК и сК) — левую и правую. Так как коноды являются наклонными прямыми, то, очевидно, точки левой ветви соответствуют растворам с более низкой концентрацией экстрагируемого компонента В (рафинаты), чем точки правой ветви (экстракты). Итак, гетерогенная смесь N, содержащая исходный раствор и экстрагент, образует после расслоения рафинат состава и экстракт состава Напомним, что концентрации компонентов тройных смесей, изображаемых точками в плоскости треугольника, измеряются длинами перпендикуляров, опущенных из этих точек на противолежащие стороны треугольника. [c.571] если задан состав исходной смеси М., то, выбрав удельный расход экстрагента С (его концентрацию в будущей тройной смеси), находим точку N. Проведя теперь коноду через точку N, находим искомые составы рафината (Р ) и экстракта (Эу) в результате одноступенчатой экстракции. Оба эти раствора, как видно из диаграммы (рис. ХП-7, б), содержат определенные количества экстрагента, после удаления которого получатся рафинат состава Р с остаточной концентрацией целевого компонента В, равной АР/АВ, и экстракт состава Э с концентрацией того же компонента, равной АЭ1АВ. По приведенному выше правилу, точки Р и Э лежат на пересечении стороны АВ с прямыми, соединяющими С и / 1, С и Эу. Степень извлечения целевого компонента определяется, как и в предыдущем случае, по формуле (ХП.2). Разумеется, расход экстрагента должен быть выбран такой, чтобы точка N располагалась в гетерогенной области, вне которой растворы гомогенны и экстракция невозможна. [c.572] Вернуться к основной статье