шпора по экстракции. экстракция. Экстракция процесс разделения смеси твердых или жидких веществ с помощью избирательных растворителей. Разделение при помощи экстракции основано на использовании растворителей,
 Скачать 412.13 Kb.
|
|
1. Физическая сущность процесса экстракции Экстракция — процесс разделения смеси твердых или жидких веществ с помощью избирательных растворителей. Разделение при помощи экстракции основано на использовании растворителей, обладающих способностью избирательно растворять одни компоненты и не растворять или ограниченно растворять другие. В результате контакта растворителя с разделяемой смесью образуются две жидкие фазы или жидкая и твердая фазы, между которыми распределяется извлекаемое вещество. 2. Выражение состава фаз при помощи треугольной диаграммы и свойства треугольных диаграмм. В процессе экстракции можно рассматривать три условных компонента: растворитель, экстрагируемые компоненты и неизвлекаемые компоненты. Для представления составов такой тройной смеси используют треугольную диаграмму (рисунок 16.2), представляющую собой равносторонний треугольник, каждая вершина которого отвечает условному компоненту, а концентрации этих компонентов откладываются на сторонах треугольника. Вершина L отвечает растворителю, A -неизвлекаемым компонентам, B -извлекаемым.  Любая смесь трех компонентов отвечает точке внутри треугольника (например, точка N), двойная смесь отвечает точке на сторонах треугольника. Например, смесь компонентов А и В представлена точкой F на стороне АВ. Вершины треугольника соответствуют концентрациям чистых компонентов. Чтобы найти концентрацию данного компонента в 3-х компонентной смеси нужно: через точку внутри треугольника провести прямую, параллельную противоположной стороне, и отсчитать концентрацию от противоположной вершины по любой стороне треугольника. Правило рычага: при смешении 2-х жидкостей, количества и составы которых известны, для того, чтобы определить состав смеси М нужно точки, характеризующие составы жидкостей, соединить прямой линией и разделить ее на отрезки, обратно пропорциональные количествам смешиваемых жидкостей. Треугольная диаграмма обладает следующим основным свойством, которое вытекает из материальный баланса смешения. Если при смешении двух систем R и S получается новая система N, то точка характеризующая все три системы, располагается на одной прямой. При этом точка N располагается между точками R и S на расстояниях, обратно пропорцинальноых массам ( объемам) исходных систем R и S , т.е. SR отрезок пропорционален массе системы N , отрезок NR - массе системы S, а отрезок NS - массе системы S.     3. Кривая равновесия фаз на треугольной диаграмме. Для расчета процесса экстракции с применением треугольной диаграммы необходимо располагать кривой равновесия фаз, определяющей составы фаз, образующихся при расслаивании системы. На поле треугольной диаграммы отложена бинодальная кривая, отвечающая равновесным рафинатным и экстрактным растворам. Прямая RS, связывающая точки равновесных составов на бинодальной кривой, называется конодой. Коноды не параллельны одна другой. Нижняя ветвь бинодальной кривой соответствует небольшим концентрациям компонента L (растворителя), что характеризует рафинатные растворы Rf. Верхняя ветвь бинодальной кривой отвечает высоким концентрациям компонента L и характеризует экстрактные растворы S. Каждая бинодальная кривая отвечает определенной температуре и может быть построена на основании экспериментальных данных. При изменении растворимости с изменением температуры бинодальная кривая будет менять свое положение. Поскольку в большинстве случаев взаимная растворимость компонентов повышается с увеличением температуры, область существования расслаивающихся систем сокращается. При некоторой температуре Ткр, называемой критической, компоненты, входящие в состав трехфазной системы, будут полностью растворяться друг в друге, образуя гомогенный жидкий раствор. 4. Основные методы осуществления экстракции. Используются в основном следующие способы проведения экстракции: однократная экстракция, многократная экстракция с перекрестным и противоточным движением растворителя, непрерывная противоточная экстракция. Наибольшее распространение в промышленности получила экстракция одним растворителем. Однократная (одноступенчатая) экстракция. Этот способ проведения экстракции заключается в том, что исходный раствор F и экстрагент S перемешивают в смесителе, после чего в отстойнике разделяют на два слоя: экстракт Е и рафинат R. Процесс можно осуществлять как периодически, так и непрерывно. При периодической организации процесса стадию разделения экстракта и рафината можно проводить в смесителе. В этом случае отпадает необходимость в отстойнике. Многократная экстракция с перекрестным током растворителя. При проведении экстракции по этому способу (рис. 2) исходный раствор F и соответствующие рафинаты обрабатывают порцией свежего экстрагента S1, S2 и т.д. на каждой ступени экстракции, состоящей из смесителя и отстойника (на рис. 2 отстойники не показаны), причем рафинаты направляют последовательно в следующие ступени (во всех ступенях, начиная со второй, исходным раствором является рафинат), а экстракты Е1, Е2 каждой ступени выводят из системы. Многоступенчатая противоточная экстракция. Этот способ проведения экстрагирования характеризуется многократным контактированием в ступенях 1, 2 и т.д. при противоточном движении потоков рафината R и экстракта E (рис. 3) при условии подачи исходного раствора F и экстрагента S с противоположных концов установки. Поскольку способ проведения экстракции при противоточном движении растворителя позволяет обеспечить получение продуктов заданного качества при достаточно высокой производительности установки, этот способ экстрагирования находит достаточно широкое применение в промышленности. Непрерывная противоточная экстракция. Такой способ экстрагирования осуществляют в аппаратах колонного типа (например, насадочных). Более тяжелый раствор (например, исходный) непрерывно подают в верхнюю часть колонны, откуда он стекает вниз. В нижнюю часть колонны поступает легкая жидкость (в нашем случае растворитель), которая поднимается вверх по колонне. В результате контакта этих растворов происходит перенос распределяемого вещества из исходного раствора в экстрагент. Этот способ экстракции часто применяется в промышленности. Многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой. Для того чтобы повысить степень разделения исходного раствора на компоненты, при экстракции, по аналогии с ректификацией, используют иногда орошение аппарата флегмой. При использовании флегмы экстракт E1 направляется, как обычно, в установку для регенерации, где из него отгоняют возможно большее количества экстрагента S. Экстракция двумя растворителями. Если в исходном растворе содержится два или более компонентов, которые нужно извлечь раздельно или группами из нескольких компонентов, то используют экстракцию с двумя несмешивающимися растворителями. Растворители подбирают таким образом, чтобы каждый из них преимущественно растворял какой-нибудь один компонент или группу компонентов. Экстракцию с двумя растворителями обычно применяют для разделения веществ с близкой растворимостью. Для осуществления этого метода требуется относительно большой расход экстрагентов, что существенно удорожает процесс. 5. Расчет однократной и многократной экстракции по треугольной диаграмме. Расчет однократной Исходное сырье – смесь компонентов А и В отвечает точке F . Проведем однократную экстракцию. Если концентрация растворителя в смеси будет xLN, то получим точку N , на пересечении этой горизонтали с прямой FL, смеси сырья F и растворителя L находятся на прямой FL. Через точку N проводим коноду RS , которая определяет точки R– рафинатного и S-экстрактного растворов. При удалении растворителя из экстрактного раствора S получаем экстракт Э. Точка Э лежит на пересечении прямой LS со стороной АВ треугольника. Аналогично на пересечении прямой LR со стороной АВ определяем точку Р , характеризующую состав получаемого рафината. Концентрации растворителя в экстрактном xLS и рафинатном xLR растворах определяются горизонтальными линиями, проведенными из точек S и R до пересечения со стороной АL треугольника.  Расчет многократной Процесс многократного экстрагирования с перекрестным током растворителя может быть представлен на треугольной диаграмме (рис. 18-26). Линия CF описывает смешение исходного раствора и экстрагента. Затем тройная смесь состава М1 расслаивается и разделяется на экстракт Е1 и рафинат R1 ступени I. Далее рафинат R1 подвергается экстрагированию свежей порцией экстрагента S, что на рис. 18-25 отражено линией CR1. Образовавшаяся тройная смесь М2 расслаивается и разделяется на экстракт Е2 и рафинат R1 ступени II и т.д. до тех пор, пока будет получен заданный состав рафината.  6. Расчет противоточной экстракции   7. Конструкции и принципы работы экстракторов. Для эффективного осуществления процесса экстракции должно быть обеспечено интенсивное взаимодействие контактирующих фаз. Эффект их взаимодействия зависит от гидродинамических факторов, конструкции аппарата, способа контактирования фаз. В промышленности применяется большое число различных конструкций экстракционных аппаратов; их можно подразделить: I. По способу смешения фаз экстракторы делятся на подгруппы: аппараты ступенчатого типа, имеющие определенное число ступеней (типа смеситель-отстойник), в каждой из которых происходит контактирование и последующее разделение фаз. В целом в системе осуществляется противоточное движение фаз за счет соответствующего соединения ступеней по потокам рафинатных и экстрактных растворов аппараты колонного типа с непрерывно изменяющимся составом фаз. Колонные аппараты могут быть пустотелыми, насадочными и тарельчатыми. Противоточное движение фаз в аппаратах колонного типа осуществляется главным образом за счет разности плотностей сырья и растворителя или соответственно рафинатных и экстрактных растворов. II. По способу разделения фаз экстракторы делятся на подгруппы: аппараты отстойного типа; центробежные аппараты. 111 По отсутствию или наличию подвода энергии 1) без подвода энергии - обычные колонные аппараты; 2) с подводом энергии (интенсифицированные)- пульсационные, ротационные, вибрационные , центробежные и т.д. Наибольшее применение в нефтегазопереработке нашли аппараты колонного типа. Аппараты типа смеситель-отстойник. Для смешения контактирующих фаз применяют смесители различных типов, в том числе пропеллерные насосы, которые одновременно с перемешиванием обеспечивают транспортирование взаимодействующих легкой и тяжелой фаз. Из контактной зоны образовавшаяся смесь выводится в отстойную зону, где происходит разделение легкой и тяжелой фаз, поступающих затем в соответствующие ступени аппарата. Аппараты колонного типа. Колонные экстракторы различаются по типу применяемых контактных устройств: насадок или тарелок различных конструкций. В настоящее время в нефтегазопереработке наиболее часто применяют насадочные экстракционные колонны. Аппараты ротационного типа. Процесс экстракции эффективно осуществляется также в аппаратах ротационного типа, в которых для контактирования и разделения фаз используются центробежные силы. |