қосымша. Основы массопередачи
 Скачать 396 Kb.
|
Молекулярлы дистиляатХІІ-34-сурет. Процесс басында бастапқы қоспалы газдан тазартып, оны тез арада аппараттан аламыз. Бастапқы қоспа қоймадан көп сатылы дегазатор түседі. Бұнда ол 70-100С-ке дейін жылытылып газдардан бөлінеді. Газдар форвакуумды насос және диффузиялы-конденсациялы насос арқылы сорылады.Бұл қоспа жылжытқыш арқылы дисстеляциялы аппаратқа келеді.Бұнда газдар форвакуумды насос және дисстеляциялы аппаратқа арқылы сорылады. Дистиллят және қалдық жеке жинаққа келеді. Кейде аппарат пен насос арасына суытқыш агенттермен ловушканы орналастырады. Ол насоақа бу суының және органикалық суытқыштардың түсуінен сақтайды. Төмен температуралы ректификация: Газдық қоспаларды бөлуде төмен температуралы аппаратураларда өткізеді. Газдық қоспалардың ректификациясы, мысалы ауа. Оны терең суыту әдісімен алады. Ауаны бөлу бір колонкалы, бір сыңарлы, екі колонкалы, екілік ректификационды аппараттарда өтеді. Бір сыңарлы ректификация ХІІ-36-суреттерде, көміртегі оксиді және бу жылуалмастырғышқа беріледі. Онда ол ректификационды өніммен суытылады, ауа қыздырғышқа түседі, онда конденсирленеді. Жылуды сұйық кисслародқа береді. Таза киссларод кипятильник арқылы жылуалмастырғышқа кетеді. Конденсирленген ауа дроссельді бұранда арқылы өтіп, одан сайын суытылады. Ауа қоспасы ректификациялы колоннаға түседі.Тарелкада ректификационды процесс өтеді. Көрсетілгендей кисслород және техникалық азот жылуалмастырғышқа келеді. Бұнда ауа суытылады. МАССА АЛМАСУ НЕГІЗДЕРІ ЭКСТРАКЦИЯ Экстракция деп - экстагенттің көмегімен ерітінді немесе қатты денелерден бір немесе бірнеше компонентті бөліп алу процесін айтады. Экстрагентпен әрекеттескенде бөлініп алатын компоненттер жақсы ерітіледі және осы қосылыстың қалған компоненттеріне аз мөлшерде немесе мүлдем әсер етпейді, яғни ерімейді. Химиялық технологияда эстракция қатты денелерден гөрі сұйық экстрагентпен жиі жасалынады. Ал қатты заттардан экстракция тек фармацевтикалық , тамақ және ағаш өнеркәсібінде қолданады. Көбінесе химиялық технологияда сумен немесе қышқыл мен сілтінің сулы ерітіндісімен сұйытылған қатты кеуекті заттардан жасалған экстракцияны қолданады. Қатты және сұйық фазадағы масса алмасу үрдісі әртүрлі. Сондықтан сұйық - сұйық жүйе мен сұйық - қатты жүйедегі экстракциялар бөлек қарастырылуы керек. СҰЙЫҚ- СҰЙЫҚ ЖҮЙЕДЕГІ ЭКСТРАКЦИЯ ҮРДІСІ Жалпы мәлімет Сұйық - сұйық жүйедегі экстракция процесі химия,мүнайлы химия, мұнай өндіру өнеркәсіптерде кең қолданады. Олар таза күйде әртүрлі органикалық және мұнайлы химиялық синтездің өнімдерін, көп кездесетін жэне сирек кездесетін элементтерді бөліп алуда және ағынды суларды тазартуда тиімді. Сұйық -сүйық жүйедегі экстракция араларында экстрагирленетін заттар таралған шекті еритін және екі ерімей-тін сұйық фазаның қатысуымен өтетін масса алмасу үрдісі болып табылды. Процестің жылдамдығын жоғарылыту үшін экстрагент пен бастапқы ерітінді арасында тығыз байланыс болуы керек. Фазалардың әрекеттесуі нәтижесінде экстракт - экстрагентте бөлініп алынған заттың ерітіндісі мен рафинат – экстрагирленетін комоненттер толығымен алынған қалдық бастапқы ерітінді алынады. Алынған сұйық фазалар (экстракт пен рафинат) бір-бірінен тұндыру кейде центрифугалау арқылы немесе басқа да механикалық әдістермен бөлініп алынады. Содан кейін экстрактордан керекті өнімді бөліп алуды жүргізеді және рафинаттан экстрагентті регинерациялайды. Сәйкес компоненттерді экстрактордан ректификация немесе реэкстракция жолы арқылы бөледі, мысалы оны сулы ерітіндіге ауыстыру. Рафинатпен кеткен немесе ерітілген кезде экстрагент жоғалмас үшін оны ректификациямен бөледі немесе басқа еріткішпен экстракциялап жэне оны келесі сатыларда пайдалану үшін қайтарады. Үздіксіз экстрактордың принципиалды схемасы ХІІІ-1,а суретте келтірілген. ХІІІ-1,б суретте металл тұздарының экстракциясы көрсетілген. Көлемде немесе фазалардың бөліну бетінде өтетін химиялық реакциялардың салдарынан экстракция үрдісі күрделенеді. Белгілі жағдайда бастапқы ерітіндіні жақсы бөліп алу үшін экстракцияның арнайы әдістерін қолданады. Мысалы, органикалық заттар қоспасы болып табылатын бастапқы ерітіндіні арасында бөлінетін компонент таралатын екі ерімейтін экстрагентпен өңдеу мақсатты болады. Экстрагирленетін компонентердің тез өтуін жеңілдету үшін, мысалы металл тұздарының, органикалық фазаға кейде түздауды қолданады. Ол бастапқы сулы ерітіндіге сол түзды қосу арқылы жүзеге асырылады, сонымен қатар қышқылдықты немесе ерітіндінің рН, ортының тұтқырлығын төмендету қызметін атқаратын инертті сұйылтқышта экстрагенттің концентрациясын (тұтқырлығын төмендету үшін ) реттейді. Экстракция процесінің басқа сұйық жүйелерді бөлу үрдістерімен салыстырғанда ерекшелігі үрдістің төмен жұмыс температурасы, яғни үрдіс бөлме температурасында жүргізіледі. Бұл жағдайда ерітіндіні буландыруға жылуды шығындаудың қажеті жоқ. Сонымен қатар экстракция кезінде көптеген еріткіштердің ішінен жоғары сапалы экстрагентті қолданады. Ол химиялық қасиеттері бойынша бастапқы қоспа компоненттерінен айырмашылығы болуы керек және толық бөлінуді қамтамасыз етуі керек. Қосымша компонентті - экстрагентті қолдану жэне оның регенерациясының қажеттілігі қондырғыны күрделендіреді, экстракция процесін қымбаттатады. Егер ректификациямен бөлу қиын немес тіпті мүмкін болмаса немесе үлкен шығындармен байланысты болса, экстракция процесі ұшқыш затты бөлуде ректификацияға, бэсекелес бола алады. Мысалы, этилацетаттың экстракциясымен сірке қышқылының аз концентрленген сулы ерітіндісінен сірке қышқылын бөліп алу ректификациямен бөліп алудан экономды процесс болып табылды. Себебі, су мен қышқылдың қайнау температурасының айырмашылығы үлкен болғанымен, үшқыштығының қатынасы аз. Сонымен қоса судың өте көп көлемінің булануы ректификацияны қымбатқа соқтырады. Температураның жоғарылығына сезімділігі бар заттардан басқа заттар қосындыларын бөліп алу - экстракция процесіне сай, мысалы, ректификациялау жэне буландырумен антибиотиктерді бөлуде олар ыдырап кетеді. Терең вакуумды қолдану арқылы жоғары температурада қайнайтын заттарды бөлу, фракционды кристализация әдісімен қоспаны бөлу процесінің орнына экстракция процесін жүргізү эффективті болып табылады. Экстракция қайнау температуралары бірін-бірі жабатын химиялық құрамы бірдей күделі қосылыстарды класстарға бөлуде экономды жэне эффективті эдіс болып табылады (қайнау температуралары жуық ароматты және қаныққан көмірсітектерді бөлу). Егер бейорганикалық заттардың қоспасын бөліп алуда басқа эдістер қолдануға келмесе экстракциян қолдану өзекті. Сұйық экстракция процесін ядролы жанармайды қайта өңдеу үшін, сирек металды алу үшін (циркония) қазіргі уақытта көп қолданады. Жоғары сапалы түсті жэне асыл металдарды экстракция арқылы арқылы алуға болады. Экстракциямен қоса басқа бөліп алу процесін жүргізгенде бөлу эффективті болады. Мұндай комбинирленген үрдістер мысалына: қайнау температуралары жақын заттарды және экстративті ректификация көмегімен азеотропты қосылыстрды бөлу жатады. 2. Экстракция әдістері Бейорганикалық заттардың экстракциясында эдетте бір экстрагентпен сулы фазадан бір немесе бірнеше заттарды бөліп алады. Органикалық заттардың қоспасын экстракциямен бөлуде қолданылатын экстрагенттің санынан тәуелді: 1) бір экстрагентті экстракция, жүйе кем дегенде үш компоненттен тұрады (бастапқы ерітіндінің екі бөлінетін компоненті және экстрагент). 2) екі экстрагентті экстракция (фракциялық экстракция), жүйе кем дегенде төрт компоненттен тұрады (бастапқы ерітіндінің екі компоненті және екі араласпайтын экстрагент). Бір экстрагентпен экстракция көп таралған. Мысал ретінде сатылы экстракцияны қарастыруға болады, оны жүзеге асыру әдістері төменде келтірілген. Бір сатылы экстракция. Бүл ең қарапайым әдіс, яғни бастапқы ерітінде Ғ және S экстрагент араластырғышта араласады.(ХІІІ-8 сурет), сосын ол екі қабатқа бөлінеді: экстракт Е жэне рафинат К. Бөліну көбінесе тұндырғыш сепараторда өтеді. Жеткілікті уақытта байланысты экстрагент пен бастапқы ерітінді әрекеттесуінен тепе-теңдікке жақын құрамды экстракт пен рафинат алынуы мүмкін. Сонымен, экстрагирленетін заттың мөлшері біртекті таралу заңымен сипатталады және оның бөліну дәрежесі салыстырмалы түрде төмен болады. Бөліну дэрежесін қолданатын экстрагент мөлшерін арттыру жолымен жоғарылатуға болады. Бірақ, экстрагент ағыны мен бастапқы ерітіндінің көлемдік қатынысын арттырғанда экстракт концентрациясы төмендейді, бұл ол соңғы өнімнің бөліп алуын қымбаттатады. Осы себептен бір сатылы экстракцияны өндірісте таралу коэффиценті өте жоғары болған жағдайда қолданады. Процесс периодты және үздіксіз жүруі мүмкін - араластырғышқа экстрагенттің үздіксіз қайтарылуы арқылы (оның регенерациясынан кейін) Көп сатылы экстракция есептеуінің негізінде жатқан бір сатылы экстракция процесінің есептеуі төменде көрсетілген. Алдымен қарапайым кездейсоқ жағдайды қарастырайық, фазалар бір-бірінде ерімейді.  0 концентрациялы бастапқы ерітіндінің А кг еріткіші S кг экстрагентпен араласады да экстракция нәтижесінде тең фазалар пайда болады: концентрациялы рафинат және  концентрациялы экстракт (кг/кг еріткіште). Фазалардың салмақтық қатынасыb' = S/A. Онда таралтын зат бойынша материалды баланс  бұдан:  = m , ескеріп табамыз Осыған сәйкес, алынатын рафинаттың концентрациясы  (XIII,12)және экстракт концентрациясы  (XIII,13)Таралатын затты бөлу дәрежесі  (XIII,14) мұндағы, e = bm — экстракциялық фактор. 3. Экстракциялық аппараттардың құрылғысы Сұйық фазалар арасындағы байланысу түрінен тәуелді экстракторлар басқа масса алмасу аппараттары сияқты мынадай болады: сатылы, мұнда фазалар қүрамының өзгеруі аппарат құралған сатыдан келесі сатыға ауысқан уақытта секірмелі түрде жүреді дифференциалды - контактылы, фазалар құрамының өзгеруі үздіксізге жақындайды. Әдетте экстракторда фазалардың эрекеттесу беті неғұрлым көп болуы үшін, осыған сай масса ауысу жылдамдығын жоғарылату үшін сүйықтықтың біреуі (дисперсті фаза) басқа сұйықтыққа (жазықтық фаза) тамшы ретінде таралады. Ток көзіне байланысты бір фазаның мен екіншісімен араласуы және дисперленуі үшін жоғарыда аталған экстракторлар түрін ішкі энергиясы арқылы дисперленетін аппараттарға бөледі. Центрден тепкіш күшімен істейтін экстракция белгілі амплитуда мен тербеліс жиілігімен механикалық араластырғыш арқылы энергия беріледі. Әрбір араласу процесінен кейін экстракцияда фаза бөлінуі (сепарация) болады. Сепарация жүзеге асырыдатын күшке байланысты экстракторлар: 1) ауырлық күші арқылы фазалардың бөлінуі – фазалардың меншікті салмақтарының әртүрлілігі әсерінен (гравитациялық экстракторлар) және 2) фазаның центрден тепкіш күші арқылы бөлінуі (центрмен тепкіш күшімен істейтін экстракция) болып бөлінеді. Процесті үйымдастыру принципі бойынша барлық экстракторлар периодты жэне үздіксіз әрекет ететін деп екіге бөлінеді. Қазіргі кезде периодты әреке ететін экстракторды өндірістен гөрі лабораторияда көп қолданады. Көрсетілген классификация бір типті аппараттың барлық құрылымын көрсетпейді. Бұл ерекшекліктердің ең маңыздылары төмендегідей әр түрлі экстракторларда көрінеді. Сатылы экстракторлар Араластыргышты-түндыргыш экстракторлар. Бүл экстракторлар ескі экстракционды аппараттарға жатады. Бұл экстрактордың әрбір сатысы араластырғыштан түрады, онда тұндырғыш тепе-теңцікке жақын уақытқа дейін сүйық араласады да экстрактан рафинатты бөліп алады. Тура бағытта бірінен соң бірі орналасқан сатыларда фазалардың жүруі қарама- қарсы бағытта жүмыс істейді. Аппараттың сатылары горизонталь орналасады немесе каскад түрінде орналастырады.(ХІІІ-17 сурет) Араластырғышты-түндырғыш экстрактордың жұмыс істеу принципі ХІІІ-17 суретте екі сатылы қарапайым түрі көрсетілген. Ауысу мен араласу тек қана механикалық араластырғыш арқылы ғана жүзеге аспай, насос, инжектор тағы басқа эдістермен жүзеге асыруға болады. Дәл сол сияқты фазалардың бөлінуін тек гравитациялық түндырғышта ғана емес (ХІІІ-17), центрден тепкіш күшпен жүмыс жасайтын сепараторда да жүзеге асады (мысалы, центрифугаларда жэне гидроциклондарда). Сондықтан араластырғыш-түндырғыш экстракторлардың түрлері өте көп. Сонымен аппараттың алатын көлемін азайту үшін компакты жәшікті экстракторды қолданады. Жәшікті экстракторда (ХІІІ-18) барлық сатылар тік ағынды корпуста орналасқан. Ауыр фаза араластырғышқа корпустың жоғарғы оң бү-рышына түседі де төменгі сол жағынан шығады. Суретте көрініп тұрғандай жеңіл фаза ауыр фазаға қарама -қарсы бағытта жүреді. Ауыр фаза (А-А бойынша ағын) тұндырғыштың төменгі бөлігінен гидравликалық затвор арқлы келесі араластырғышқа барады, ал жеңіл фаза аппараттың табалдырығынан өтіп тұндығыштың жоғарғы жағынан шығарылады. Араластырғыш -тұндырғыш экстракторда фазалардың интенсивті араласуы жүреді, тіпті эрбір сатының тиімділігі бөлінудің теориылық сатысына жақындайды. Бүл аппараттар 10:1қатынста болатын көлемдердің айырмашылығы бар сұйықтрды жақсы өндіру үшін қолданады. Араластырғыш-тү-ндырғыш экстрактордың ерекше бір жетістігі: Көп сатыны қалайтын экстракция процесінде тиімді қолдануы. Бүл экстрактор көп орын алғанымен өндірісте биіктігі аз болғанды қалайды.(сатының горизонтальды араласуымен) Араластырғышты -тұндығышты экстракордың құрылымдарының кемшілігі қопарылғыш, қымбат заттарды өндіру кезіндегі керек жоқ сұйықтықтардың баяу тұндырылуы. Сонымен қатар әрбір сатыдағы араластырғыштың болуы аппарат конструкциясын, капиталды және эксплатационды болатын шығынның жоғарылауына экеледі. Оған қоса қазіргі кезде құбырлы конструкторды қолданады, яғни биіктігімен орналасқан (эсіресе жәшікті )барлық араластырғыш қондырғыларда. Дифференциальды--контактылы экстракторлар Гравитациялық экстракторлар (сыртқы энергияны келтірмей) Шашыратқыш колонналар. Шашыратқыш колонналар ішінде тек ауыр мен жеңіл фаза кіретін қондырғы жартылай колонна болып табылады. ХІІІ-19 суретте шашыратқыш экстрактор көрсетілген. Шашыратқыш экстракторлар жоғары өндіргішімен жэне массаберісінің қайтымды араласуының төменгі интенсивтілігімен ерекшеленеді. ВЕП-тің үлкендігі бірнеше метрге жетеді. Бүл оның өндірісте шектеулі болуының негзі болып табылады. Сөрелі колонналы экстракторлар. Сөрелі экстракторлар құрылғысы әртүрлі табақшалы-бөгендері бар колонналарды құрайды. Бөгендер кезектесіп келетін дискілі және сақиналы (ХІІІ-20 сурет) немесе барометрлі конденсаторларда (XIII-20, а суреті) сегментті кесінділері бар жазық табақшалар немесе ХІІІ-20,б көрсетілгендей қималары бар дискі. формасында болады. Көршілес сөрелер қашытығы 50-150 мм. Тамшылар коалесцирленіп жазық фазамен шайылатын бөгеннен жұқа қабық түрінде өтеді. Сөрелі колонналарда масса алмасудың қарқындылығы шашыратқыш колонналарға қарағанда жоғары. Қондырмалы және илеуішті колонналы экстракторлар. Бұл экстракторлар негізі бойынша абсорцияда және басқа да масса алмасу үрдістерінде қолданылатын әдеттегі қондырмалы және илеуішті колонналардан ерекшелінбейді. Қондырмалы экстракторларда қондырма тіреуіш торларада 2-10 колонна диаметрінің биіктігі бойынша қабаттар болып орналасады. Қондырмалар бұлай орналастырылғанда сұйық олардың арасындағы кеңістікте қосымша араластырылады. Фазалардың бірі таратқыш құрылғының көмегімен дисперленеді және колоннада қарсы ағынмен жазық фазаға жылжиды. Қондырмадан өткеннен кейін тамшылар бірнеше рет коалесцирленеді және қайта бөлшектеледі. Олардың соңғы коалесценциясы және диспергерленетін фазаның қабаты колоннаның тұндыру зонасында өтеді. Қондырма ретінде көбінесе керамикалық қондырма (Рашиг сақинасы) қолданылады. Қондырмалы экстракторлардың жұмысының гидродинамикалық жағдайы үшін қондырма материалының сұйықпен ылғалдануы басты болып келеді. Фазалардың беттесуі беті диспергерленетін фаза тамшыларының бетімен анықталуы үшін жазық фаза дисперлеуші фазаға қарағанда қондырманы жақсы ылғалдандыруы керек. Олай болмаса тамшылар жабынға қосылады да фазалардың беттесу беті қондырманың геометриялық бетімен шектеледі. Илеуішті экстракторда диспергирленетін фаза XIII-21 суретте көрсетілгендей илеуішті табақшалардың саңылаулары арқылы өтіп тамшыларға және ағындарға ыдырайды, одан кейін олар табақ арасындағы кеңістікке таралады. Жазық фазамен әрекеттескеннен кейін тамшылар коалесцирленеді және әрбір жоғары орналасқан табақ үстінде жеңіл фаза қабатын түзеді. Егер ауыр фаза диспергирленетін болса, онда бұл сұйықтың қабаты табақшалар астында түзіледі. Барлық гравитациялық экстракторлар қозғалғыш бөліктің жоқ болуына негізделіп құрылысының қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Сәйкесінше бұл аппараттардың құны және эксплуатациямен байланысты шығындар үлкен емес. Бірақ гравитациялық экстракторларда масса алмасу қарқындылығы төмен. Сыртқы энергия келтірілетін экстракторлар. Мұндай типті үздіксіз жұмыс жасайтын колонналы экстракторларды қазіргі кезде өндірісте көп қолданады. Бұл топтағы аппараттарға механикалық араластырғышы бар роторлы дискілі экстракторлар (ХІІІ-22) жатады. Роторлы-дискілі экстракторлар. ХІІІ-22 суреттегі экстракторда корпустың ішінде бір-бірінен арақашықтығы бірдей сақиналы қалқа орнатылған. Колонна өсінің бойында вертикалды түрде білік немесе ротор жэне оған горизонтальді сызықтармен диск орнатылған. Ал ол айналдырғыш арқылы айналады. Ротордың дисктері қалқаға симметриялы орналасқан, яғни қалқа арасындағы диск колонна секциясын құрайды. Сақина мен дисктер бойлай араластыруға кедергі жасайды. Колоннаның араластырғыш зонасына жоғарғы жэне төменгі түндырғыш зоналар жалғасады. Фазаның біреуін (жеңіл фаза) бөлгіштің көмегімен дисперленеді де колонна секциясында ротордың дискілері арқылы көп рет редисперленеді. Фазаларды араластырғаннан кейін оның сақиналы қалқадан өткеннен кейін фазалардың тығыздығының эртүрлігіне байланысты жиігірек бөлінеді. Сол уақытта жеңіл фаза жоғарыға көтеріледі, ауыр фаза төмен түседі де келесі араластыру процесі жүруі үшін ротордың сэйкес дискілерімен алып қалынады. Араластырғышы бар басқа құбырлы экстракторлар.Бұл типті аппараттар араластырғыш құрылығыларының болуымен ерекшеленеді. Құбырлы аппаратта (XIII-23, а сурет) араластырғыш дисклердің орынына ашық турбинді аралстырғыштар қолданылады, ал оның қабырғаларына араласуды жақсартатын қозғалыссыз тік кескінді бөгеттерді орналастырады. Араластырғыштар қозғалыссыз сақиналы бөлгіштермен шектелген. Құрылғысы басқа эксракторда (XIII-23,б суреті) әрбір секцияға сақиналы бөгетерден басқа қосымша көлденең дисклер түрінде бағыттаушы бөгеттер орналастырылады. Көлденең дисклер арасында тік торлы қалың қабатты сақиналы формалы бөгеттер қыстырылған. Мұндай сақиналы торлы бөгеттер көмегімен тамшылардың коалесценциясы жеңілденеді және фазалардың жақсы бөлінуі болады. Мұндай құрылысты аппараттарды дифференциалды-контактылы типті экстракторларға жатқызуға болады. Жұмыс істеу принципі бойынша құбырлы араластырғыш-тұндырғыш экстракорларына жатқызуға болады. Үздіксіз әреке ететін құбырлы механикалық экстракторларда бір фаза екіншісімен жақсы диспергирленеді және масс алмасу қарқындылығы жоғары. Бұл аппараттар аз өндірістік аудан алады және эксплуатациялауда сенімді. Олардың кемшіліктері: сатылар саны артқанда (6-8 көп) ротордың құрылысы күрделенеді және аппараттың биіктігі ұлғаяды. Пульсациялы экстракторлар. Сұйыққа қосымша энергияны қайиымды-ілгермелі тербеліс (пульсация) жолымен енгізу екі әдіспен жүргізіледі: Аппарат ішінде қайтымды-ілгермелі қозғалыс берілетін кедір бұдыр табақшалардың немесе басқа құрылысты табақшалардың діріліның көмегімен; Аппарттан тыс арнайы механизм (пульсатор) арқылы; ол пульсатор тудыратын тебеліс экстрактордағы сұйыққа гидравликалық беріледі (ХШ-24 суреті). Пульсация диспергирленетін фазаның тамшыларға жақы бөлінуіне ықпал етеді және сәйкесінше фазалардың байланысу бетін артырады, қарқынды араластырады, сонымен бірге диспергирленетін фазаның колоннада болу уақытын арттырады. Пульсациямен эффективтілікті арттыру фазалардың байланысу бетін арттырумен жеткізіледі, бұл уақытта араласуға байланысты масса алмасу коэффициенті төмендейді. Пульсациялы экстракторлардың кемшілігі – бұл аппараттардың диаметрі шектеулі (әдетте 600-800 мм). Диаметр артқанда гидродинамикалық сипаттау қиындығы артады (аппарат ағыны бойынша жылдамдыңтың біртексіз таралуы), сонымен бірге аппараттағы үлкен көлемді сұйықпен пульсацияны тудыру үшін энергия шығыны артады. Корпус ішінде діріл беретін экстракторлар дірілді экстракторлар деп аталады. Бұл аппараттарда мақсатты өнімді бөлуде өнімділік жоғары болады. Центрден тепкіш экстракторлары Центрден тепкіш күшті қолдану араластыруды ғана жақсартпайды, сонымен бірге экстракция кезінде фазалардың бөлінуін жақсартады. Центрден тепкіш күш экстракторының жұмыс істеу принципі ХІІІ-25 суретте көрсетілген. Қарсы ағынды центрден тепкіш күш экстракторларынан басқа центрден тепкіш экстрактор-сеператорлар қолданылады, оларда сұйықтардың бір ретті және көп ретті тура ағынды араласуы және эмульсиялардың бөлінуі өтеді. Бұл типті аппараттар күшті центрифугалар мен табақты сепараторлардың бірі болып табылады. Оларда сұйықтардың байланысу және фазалардың сепарациялануы барабан ішінде бөлек өтеді. Центрден тепкіш күш экстракторларының артықшылықтары көп. Бұл аппараттар жинақы және масса алмасудың жоғары қарқындылығында өнімділігі жоғары. Оларда тығыздықтары аз айрықшаланатын сұйықтарды эффективті өңдеуге болады. Сонымен бірге, бұл экстракторлар аз ұстау қабілеттілігімен және сұйықтың аппаратта аз уақыт болуымен ерекшеленеді. Центрден тепкіш күш экстракторларының бұл ерекшелігі жеңіл ыдырайтын заттарды экстракциялауда қолданылады, мысалы, қыздыруға, сонымен қатар қалыпты температурада ерітіндіде ұзақ боуына да сезімтал антибиотиктер. Бұл аппараттар химиялық реакция жүретін экстаркцияларда жарамсыз. Центрден тепкіш күш экстракторларының өнімділігі ротор енімен, ал алынтын сатылар саны оның диаметрімен анықталады. Өндірістік центрден тепкіш күш экстракторларында ротордың айналым саны 1200-5000 мин-1, бұл ротордың (барабанның) өлшемін шектейді, оның диаметрі 1.2—1.5 м аспайды. ҚАТТЫ ДЕНЕ-СҰЙЫҚ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ЭКСТРАКЦИЯ ҮРДІСТЕРІ ЖӘНЕ ЕРУ 5. Жалпы мәлімет Кеуекті құрылымды күрделі қатты заттардан бір немесе бірнеше компоненттің бөлінуі - қатты - сұйық жүйелердегі экстракция болып табылады. Бөлінетін компонент қатты заттың саңылауларында қатты немесе ерітілген күйде болады (ХІІІ-26 сурет). Бірінше жағдайда қатты фазаның бөлінуі жүреді, яғни бөлінетін компонент ақырындап сүйықтықта ерітіледі, ол бастапқы күрделі қатты заттардың саңылауларына өтеді жэне сұйықтықтың алдымен сыртқы бетіне содан кейін негізгі массасына диффузияланады. Екінші жағдайда ерітілген заттың бөлінуі орындалады, яғни ол қатты заттың саңылауларынан негізгі сұйық массасына диффузияланадыды. Бөлінетін компоненттің қай күйде болмасын саңылауда қатты заттың қаңқасы өзгеріссіз қалады да экстрагирлену процесінде инертті тасымалдағыш рөлін атқарады. Химиялық технологияда сұйықтықта қатты заттардың еру процесі кең қолданылады. Ерітілу - ерітілетін заттан тұратын қатты заттың бетінен ерітіндіге өтуі. Сонымен, экстракциямен айрмашылығы, мүнда ерітілетін қатты заттың инертті қаңқасы болмайды. Жоғарыда көрсетілген механизмдерден, экстрагирлеу процесі бөлінетін заттың ішкі жэне сыртқы диффузионды кедергіден өтуі керек. Біріншісі - қатты заттың саңылау ішінен сыртқы бетке диффузиялануы, екіншісі - сыртқы бетінен сүйықтықтың негізгі массасына диффузиялануы. Ерітілу кезінде тек сыртқы диффузионды кедергіден өту жүргізіледі. Сондықтан ерітілу процестері жылдам жүреді. Химиялық технологияда қатты заттан экстракциялауда таңдамалы еріткіш ретінде су немесе анорганикалық қышқылдардың сулы ерітіндісін алады; осы кезде бөлу процесс сілтілену деп аталады. Сілтілеу минералды шикізаттың химиялық өңдеудің бірінші кезеңі болып табылады, бүл кезде бағалы компонентті бөліну процесі жүреді. Бастапқы қатты материал мен алынатын еріткіштің әрекеттесуінен әдетте гетерогенді ағынды жүйе - пульпа пайда болады. Ерітілу әртүрлі химиялық процестерде жүргізіледі, өйткені жеткілікті дәрежеде ерітілген кезде диссоцирленген күйде жылдамдығы және ерітілген заттың молекулаларының химиялық белсенділігі жоғарылайды. 6. Экстракция және еріту әдістері Химиялық технологияда қолданылатын экстракция мен ерітудің негізі әдістері мыналар болып табылады: тұйық периодты процесс; тура және кері ағынды процесс; жылжымайтын қабаттағы процесс (перколяционды) Тұйық периодты процесс механикалық немесе пневматикалық араластыру аппараттарында жүргізледі. Пневматикалық араластыру араластыратын агентті қажет болған жағдайда тотықтырғыш ретінде (ауа) қолдануға мүмкіндік береді. Интенсивті араластыруда қатты бөлшектер бағыты және жылдамдық шамасын өзгерте отырып жылдам қозғалады. Бұл шарттарда қатты заттың инерциялық жылдамдықтың ағу уақытының ауысуы пайда болады. Мұндай инерциялы режимде тепе-теңдікке жақындағанда үрдістің қозғаушы күшінің төмендеуіне қарамастан еру және экстракция процесін жылдамдатуға қолайлы жағдай туады. Әлсіз араластыруда қатты бөлшектер сұйықта салмақты күйде болады, яғни ұзақ уақыт бойы кезектесіп шығатын және енетін сұйықтарда қозғалады. Бұл жағдайда олардың беті сұйықпен суланады, бірақ ағу жылдамдығы мұнда бөлшектердің ауырлық күшінен туады. Тура және қарсы агынды процестер. Үздіксіз істейтін аппараттарда жүргізіледі, кең қолданылады. Негізінен экстракция мен ерітуді араластырғыш аппараттарда үздіксіз аппаратқа қатты және сұйық фазаларды келтіру және әкету жолымен жүргізуге болады. Бірақ, мұндай әдіспен үздіксіз процесті жүргізу қарқындылықтың төмендеуіне әкеледі, өйткені өңдеуге түсетін қатты материал аппараттағы ерітіндімен әрекеттеседі. Бүл қозғаушы күштің және сәйкесінше пеиодтық процестегі орташа жылдамдықпен салыстырғанда экстракция жылдамдығының төмендеуіне экеледі (бір операция үшін. Сонымен қатар аппаратта дара (одиночный) қатты заттың кейбір бөліктерінің секірісі болады, мұның нәтижесінде экстрагирленетін затты жоғары дәрежеде бөлу үшін уақыт жеткіліксіз болуы мүмкін. Осыған байланысты экстракция мен ерітуді каскадта бірінен соң бірі жалғанған араластырғышты аппаратта өткізеді, мұнда пульпа өзінің ағынымен қозғалады (ХІІІ-28). Мұндай тура бағытта жүретін схеманың жұмыс істеуінде процестің қозғаушы күші сатыдан сатыға ақырындап төмендейді. Сатысы 3-6 сатыдан аспайтын мұндай қондырғыларда бөліну дәрежесі жеткілікті жоғары болады. Қарсы ағынды принципі бойынша үздіксіз істейтін процестің экстракциясы элде қайда эффективті болып табылады. Аппараттардың батареаларында сұйық ағынына қарсы қатты бөлшектердің қозғалысында таза еріткіш енгізілетін құрылғының соңында ол экстракцияланған еріткішпен үлкен дәрежеде материалмен әрекеттеседі, ал оның басқа соңында бастапқы қатты зат концентрленген ерітіндімен өңделеді. Бұл кезде аппарат тұрақтылау жұмыс жасайды: еріткіштің кіруіне (енуіне ) сай қондырғының соңында қатты материалдың терең саңылауларынан бөліну дәрежесін жоғарылатуға болады, ал басында-қатты материалдың жоғарғы бөлшектерінің экстракциясы үшін концентрленген ерітіндіні қолдану тиімді. Нәтижесінде ерітінді концентрациясы жоғарылайды, еріткіштің шығыны төмен және аппараттың өндіргіштігі жоғары болады. Қарсы ағынды аппараттарда (XIII-29 суреті) сұйық ұсақ бөлшектерді ілестіріп қатты фазаның қозғалысына қарсы қозғалады. Экстракция ұрдісінде соңғы ерітінді ерімейтін қаты қалдықтан арылуы керек. Ол үшін шаймалауды фильтрде, центрифугада, тұндырғышта жүргізеді. Экстракцияның үздіксіз үрдісінде әдетте шаймалаудың қарсы ағынды сызбасын қолданады, мысалы үздіксіз әрекет ететін барабанды вакуум-фильтрде. Экстракция және еріту үрдістерін интенсификациялау үшін төменжиілікті механикалық тербелісті пайдалануға болады. Тербелістерді біріктіргенде бөлшектердің ағыуын арттырады және үрдіс жылдамдайды. Маңызды өту жылдамдығының жоғарылауы жэне масса ауысу коэффицентінің жылдамдығының жоғарылауы қатты бөлшектердің өлшенген сұйықтықтың айналмалы қозғалысын жүзеге асырады. Сұйық-сұйық , сұйық -қатты жүйеде экстракция процесінің интенсификациясы осы принципке ұқсас. Экстракциялы аппараттардың құрылғысы Экстракция мен еріту процесін жүргізетін аппараттың құрылысына, мынадай негізгі талаптар қойылады: Аппараттың жұмыс көлемінің бірлігінде ерітіндінің шығымымен сипатталатын жоғары меншікті өндіргіштігі. Алынатын ерітіндінің ең жоғарғы концентрациясын алу. Соңғы ерітіндінің көлем бірлігіне энергияның төмен шығыны Экстракция жэне еру аппараттары периодтық жэне үздіксіз жұмыс жасайтын болып екіге бөлінеді. Фазаның бағыты бойынша аппараттарды тура ағынды жэне қарсы ағынды, сонымен қатар аралас ағынды принципі бойынша жұмыс жасайтын аппараттар деп бөлуге болады. Қатты бөлшектердің сұйықпен ағу жылдамдығын тудыру бойынша аппараттар бөлінеді: қатты материалдың қозғалмайтын қабатты, механикалық араластырғышы бар, салмақты немесе қайнау қабатты. Периодты әрекет ететін аппараттардың өнімділігі төмен болғандықтан, аз тонналы өндірістерде қолданылады және қыздырғышпен жабдықталған араластырғыш құрылғысы жоқ және араластырғышы бар аппараттарды береді. Өндіріс тәжірибесінде үздіксіз әрекет ететін аппараттар кең қолданылады. Қатты метериалдың қозгалмайтын қабаты бар аппарат. Бұл аппараттарда сұйықтың қабаты арқылы филтрлегендегі қозғалыс жылдамдығы сұйықтың қозғалыс жылдамдығына ұқсас. Осы типті ең қарапайым аппарат - жалған түпті (решетка) ашық резервуар, ол ашық нутч-фильтрге ұқсайды. Торға қатты материалдың бір қабаты тиеледі, жоғарыдан төменге қарай еріткіш өтеді. Қозғалыстың былай жүруі аппараттың ағымын сұйықтықпен біркелкі түрде толтырады да қозғалыс күшін төмендететін көп концентрленген ерітінді мен аз концентрленген ерітіндінің араласуы болмайды. Сілтіленген қатты қалдықты түсіру периодты түрде жүргізіледі. Әсіресе жиігірек гидравликалық әдіспен - аппараттағы қатты материалды сумен шаяды. Онша биік емес қабатпен сұйық қозғалғанда жеткілікті жоғары концентрленген ерітінде алуға мүмкіндік бермейді. Бөлу дәрежесін және өндіргіштігін жоғарылату үшін түбі жалған жабық герметикалық аппараттарды қолданады (жабық нутч- фильтрге ұқсас), олар диффузор атауына ие болған «ХІІІ-30, а суреті). Диффузор батареясы ағынға қарсы принципі бойынша жұмыс жасайды, яғни жаңа еріткіш сілтіленген материалмен әрекеттеседі, ал концентрленген ерітінді жаңа қатты материалмен әрекеттеседі. Қазіргі кездегі құрылғыларда диффузордың жартылай үздіксіз жұмысы жағдайында операцияның алмасуы автоматты түрде жасалынады. Қозғалмайтын қабатты аппараттың кемшілігі қатты бөлшектің сұйықтықпен ағуы біртекті емес және тұнған зонаның пайда болуы бөлшектердің беттесу нүктесіне жақын. Фильтрлеу жылдамдығының көтерілуі ұсақ бөлшектердің сұйықтықпен кетуімен және гидравликалық кедергінің өсуімен шектеледі. Сондықтан бұл аппараттар біртіндеп үздіксіз істейтін аппараттармен ығыстырылуда. Механикалық араластырғышы бар үздіксіз әрекет ететін аппараттар. Бұл топтың кең раған аппараттарына шнекті экстракторлар жатады ( XIII-31 суреті). Шнекті аппараттар фазалардың тура ағынды және қарсы ағынды принципі бойынша жұмыс істейді. Кейде шнекті аппараттар комбинирленген әдіспен жұмыс істейді. Үрдіс бір бірімен ілесе байланысқан екі аппаратта өтеді, олардың біріне бастапқы қатты материал түседі, ал екіншісіне таза еріткіш түседі. Бұл жағдайда бірінші аппаратта фазалар тура ағынмен, ал екіншісінде кері ағынмен қозғалады. Бұл типті аппараттар жұмыста сенімді және жоғары өнімділік береді. Мұнымен бірге оларға металл көп жұмсалады, үлкен және электроэнергияның көп шығынын қажет етеді. Шнекті аппараттардың меншікті өнімділігі үлкен емес, бұл бөлшектердің ағу жылдамдығымен және фазалардың беттесу бетінің біркелкілігімен түсіндіріледі. Фазалар арасындағы байланыс сұйықтың кейбір бөліктерінің секірісінің әсерінен нашарлайды, бұл фазалардың ерекше бөлінуіне негізделген, себебі қатты материалдың басым бөлігі астаудың төменгі бөлігіне тығыз қабат түрінде жылжиды. Барабанды экстракторда үрдіс эффективті өтеді (XIII-32 суреті). Барабанды экстракторларда шнекті экстракторға қарағанда меншікті өндіру басым және массаалмасу коэффициенті жоғары. Масса алмасудың жақсаруы барабанға қатты бөлшектерді салуда фазалардың беттесу бетінің жаңаруымен байланысты. Кейбір жағдайда экстракцияны қатты материалды дымқыл ұсатумен біріктіруге болады және бір аппаратта жүргізуге болады. Экстракцияны бір мезгілде үгітумен жүргізу фазалардың беттесу бетін үздіксіз жаңартуға ықтимал етеді. Салмақты немесе қайнау қабатты аппараттар. Мұндай аппараттарда қатты бөлшектің бүкіл беті процестің барлық кезінде экстракцияның интенсификациясына экелетін сұйықтықтың турбулентті ағынымен әрекеттеседі. Құбырлы экстрактор (XIII-33 сурет). Кезекпен жалғанып орналасқан құбырлардан тұрады, олар арқылы сорғышпен ұсақ қатты бөлшектері бар сүйық (еріткіш ) айдалады. Құбырлы экстракторларда қарсы ағынды қолдану сұйықпен қатты бөлшектерді әкетуге кедергі келтіреді. Бұл жағдайда сатылы қарсы ағын сызбасы бойынша еріткіштердің жұмысын қолдануға болады, яғни мұнда фазалардың тура ағында жұмыс істейтін аппараттар секцияға біріктіріледі, олардың өзара бірігуі қарсы ағын принципі бойынша жүзеге асады. Жалған қайнау қабатты құбырлы аппараттардың құрылғыларының бірі XIII-34 суретте көрсетілген. Мұндай типті аппараттар құрылғысының қарапайымдылығымен және аз салмағымен ерекшеленеді. Оларда үрдіс жылдамдығы жоғары және бастапқы қатты материалдан мақсатты компоненттерді бөлу дәрежесі жоғары. |