ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экстрагирование в системах твердое тело — жидкость из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Процессы экстрагирования из твердых тел широко применяются для выделения ценных веществ (солей, металлов, серы и т. д.) из природных руд, извлечения пищевых, лекарственных и других веществ (сахара, растительных масел, душистых веществ и т. д.) из растительного сырья, получения целлюлозы из древесины, промывки твердых продуктов, находящихся в дисперсном состоянии, и для многих других целей. [c.488] Эффективность процесса экстрагирования оценивается обычно по степени извлечения, выражающей отношение количества выделяемого вещества к его начальному содержанию в твердом теле. [c.488] О и / — расходы твердой и жидкой фаз х и у — содержание нзплекаемого ве чества в твердой и жидкой фазах /, 2, 3, — номера ступеней. [c.488] Разделение твердой и жидкой фаз тем легче осуществить, чем крупнее твердые частицы. Однако для ускорения процесса экстрагирования, желательно уменьшить размер частиц. При понижении размера частиц / в п раз площадь их поверхности в единице объема увеличивается в п раз и за счет этого в соответствии с уравнением (V. 100) в п раз возрастает поток вещества из частицы в раствор. Кроме того, при одинаковых для частиц разных размеров значениях коэффициента диффузии О и критерия В1 одинаковое значение критерия Род = От// , от которого, согласно (У-111) зависит среднее содержание извлекаемого вещества в частицах, достигается для более мелких частиц в раз быстрее, т, е. процесс ускоряется еще в раз. [c.489] Таким образом, при рассмотрении влияния размера частиц на ход процесса экстрагирования возникает типичная для инженерных задач альтернативная ситуация — уменьшение размера частиц твердого тела улучшает условия проведения одной стадии процесса (экстрагирование), но ухудшает условия проведения другой стадии (разделение фаз) и требует дополнительных затрат на измельчение материала. Следовательно, для каждого конкретного процесса существует оптимальный размер частиц, зависящий от технологических и конъюнктурных факторов. [c.489] Другая возможность ускорения процесса заключается в увели-чеиии коэффициента диффузии за счет повышения температуры. Однако это также связано с материальными затратами. Кроме того, возможность повышения температуры часто ограничена физико-химическими свойствами перерабатываемых веществ. Поэтому оптимальные условия проведения процесса (включая размер частиц) должны определяться на основе технико-экономического расчета, учитывающего всю совокупность технологических показателей и экономические факторы. [c.489] При расчете многоступенчатых процессов задача заключается в определении расхода экстрагента, числа ступеней, необходимых для достижения заданной степени извлечения экстрагируемого вещества, а также концентрации последнего в получаемом растворе. [c.489] Обозначения те же. что па рпс. V. 17. [c.490] Поскольку т],- 1, а Ь о, то в соответствии с (V. 165) е I. Следовательно, согласно формуле (V. 170), средняя концентрация получаемого экстракта уменьшается с увеличением числа ступеней, а степень извлечения, согласно формуле (V. 17.1), возрастает. [c.491] Уравнения (V. 170) и (V. 171) дают возможность рассчитать число ступеней, необходимых для достижения заданной степени извлечения, и определить среднюю концентрацию получаемого экстракта. Значения и е,- чаще всего определяются по опытным данным. [c.491] Если значения т], и для разных ступеней не одинаковы, то расчет выполняется ио методу от ступени к ступени путем последовательного использования рекуррентного соотношения (V, 166). [c.491] При последовательных подстановках получаются формулы, дающие возможность рассчитать все Х1 и / . Если значения е = е для всех ступеней одинаковы, то возможен аналитический расчет. [c.492] Анализ уравнении (V. 176) и (V. 177) иоказ1Лвает, что как степень извлечения, так и концентрация извлекаемого вещества в экстракте возрастают с увеличением числа ступеней ири прочих равных условиях. [c.493] Для практических расчетов по приведенным уравнениям необходимо располагать найденными экспериментально значениями Ei при выбранном значении 6. Значение e можно также рассчитать по приведенным выше уравнениям, описывающим кинетику переноса. На практике использование экспериментальных значений е, всегда предпочтительнее. [c.493] Процесс экстрагирования в неподвижном слое. Экстрагирование в слое — нестационарный процесс, поскольку составы жидкой и твердой фаз меняются во времени. Математическое описание этого процесса включает уравнения, определяющие поля концентраций в твердой (V. 104) и жидкой (V. 106) фазах, уравнение (V.105), определяющее граничные условия (на границе твердой и жидкой фаз), и начальные условия. Решение этой системы уравнений получено в предположении, что слой состоит из одинаковых по размеру и структуре частиц правильной формы (плоских, сферических или цилиндрических), коэффициент массоотдачи р одинаков по всей поверхности каждой частицы, коэффициент диффузии ие изменяется во времени и продольным перемешиванием можно пренебречь, Следует отметить, что даже для слоя, состоящего из одинаковых частиц, допущение о постоянстве 3 является весьма грубым, Вблизи мест соприкосновения частиц в слое образуются застойные зоны, что вызывает различие условий обтекания отдельных участков поверхности частиц и, как следствие, ее кинетическую неоднородность. Роль этого фактора еще больше возрастает, если частицы имеют неправильную форму и различаются размерами. В связи с этим расчет процессов экстракции в с. ое основывается на экспериментальном исследовании кинетики процесса. [c.493] Значения коэффициентов ири членах (1—А) с разными степенями п 8 приведены в табл. V. 2. При = 1 в уравнении (V. 179) содержится лишь один коэффициент Ао = А. При п 1 число слагаемых в квадратных скобках в уравнении (V. 179) равно п. [c.494] Аппаратурное оформление процессов экстрагирования из твердых тел. Аппаратурное оформление процесса экстрагирования определяется физическими свойствами перерабатываемого твердого тела и растворителя — размерами частиц, их механической прочностью, размерами пор и характером распределения в них извлекаемого вещества, плотностью жидкой и твердой фаз и т.д. Как уже указывалось, уменьщение размера частиц благоприятствует внутренней диффузии, но усложняет разделение жидкой и твердой фаз. В практике размеры твердых частиц колеблются от нескольких микрон до нескольких сантиметров. В связи с разнообразием физико-механических свойств и размеров твердых частиц аппаратурное оформление процессов экстракции весьма разнообразно, По режиму работы экстракторы делятся на периодические, полунепрерывные и непрерывные. [c.495] Экстрактор периодического действия представляет собой емкость с ложным дном (играюп им роль фильтрующей перегородки), в которую едиповременно загружается перерабатываемый материал. Экстрагирование производится растворителем, единовременно загружаемы в аппарат, который обычно снабжается мешалкой для интенсификации процесса (рис. V. 20, а). По окончании процесса экстракт через ложное дно сливается из аппарата, после чего твердая фаза выгружается. [c.496] Характерной особенностью экстракторов непрерывного действия является наличие транспортного устройства для перемешения твердой фазы. Для этой цели используются разные виды транспортных устройств — шнековые, лопастные, ковшевые и ленточные. Аппараты с ленточными транспортерами делаются горизонтальными, а с другими транспортирующими органами могут быть горизонтальными, наклонными, вертикальными или включать комбинацию таких элементов. [c.497] Для отделения жидкой фазы от твердой уровень жидкости в колонных экстракторах поддерживается ниже уровня, с которого отводится отработанная твердая фаза. Однако таким путем нельзя добиться эффективного разделения фаз — отбираемая твердая фаза содержит значительное количество растворителя. [c.498] Вернуться к основной статье