Trimiterea muncii tale bune la baza de cunoștințe este ușoară. Utilizați formularul de mai jos
Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și activitatea lor vor fi foarte recunoscători.
Extracția este procesul de extragere a unuia sau mai multor componente din soluții sau solide folosind solvenți selectivi (extractanți). Atunci când interacționează cu extractantul, numai componentele recuperabile sunt ușor dizolvate în acesta, iar componentele rămase ale amestecului inițial sunt mult mai slabe sau aproape complet nesolubile. În tehnologia chimică, extracția din soluții prin extracție este mai frecventă decât extracția din solide.
Se utilizează pentru separarea sintezei organice pure. Se utilizează pentru tratarea apelor uzate prin impurități nocive.
Extracția în sistemul lichid-lichid este un proces de transfer de masă care are loc cu participarea a două lichide insolubile reciproc sau solubile din punct de vedere organic unul în celălalt.
Un extractant este o soluție de substanțe extrase în extractant. Restul soluției se numește rafinat. Rafinatul este extras în clarificatoare. Se extrage extractul din rafinat.
2. Extragerea lichidelor
Procesul de extracție este de obicei mai economic decât rectificarea, deoarece întregul amestec lichid nu trebuie să fie evaporat în timpul extracției.
De obicei, extracția lichidă este combinată cu rectificarea, care este utilizată pentru a regenera extractantul. Extract - o soluție de substanțe extrase în soluția reziduală de reziduu pentru extractant.
În Fig. 1 arată schema fără regenerare. Cele mai frecvent utilizate scheme sunt regenerarea extractantului.
Fig. 1 Schema de realizare a proceselor de extracție
Echilibria în sistemul lichid-lichid
Pentru un sistem lichid-distribuitor lichid cu trei componente, se poate schimba concentrația uneia dintre faze fără a perturba echilibrul. În procesul de extracție lichidă, T, de regulă, nu se modifică, P nu afectează echilibrul sistemului.
Legea distribuției: raportul dintre concentrațiile de echilibru ale substanței distribuite între două faze lichide la T = const este constant.
unde y * și x sunt concentrațiile de echilibru ale substanței care trebuie distribuite în extract și, respectiv, rafinatul, m este coeficientul de distribuție.
Conform formulei (1), linia de echilibru trebuie să fie o linie dreaptă pornind de la origine. Totuși, acest lucru este valabil și în cazul insolubilității reciproce totale a fazelor care participă la proces, ceea ce este destul de rar în condiții reale. De obicei, m depinde de concentrația substanței distribuite T = const, dar dacă T se modifică, atunci valoarea lui m poate varia chiar mai mult.
Liniile de echilibru din diagrama y-x pentru o temperatură constantă sunt numite izoterme de extracție (figura 2). Dacă sunt cunoscute izotermele pentru diferite T, atunci devine posibilă alegerea celei mai acceptabile T.
Fig.2. Izotermele tipice de extracție.
Diagrame triunghiulare. Rețineți că adesea fazele implicate în procesul de extracție sunt parțial solubile unul în celălalt. Apoi, extractul, pe lângă extractant și substanța dizolvată, conține unii dintre solvenții din soluția inițială, iar rafinatul, pe lângă soluția inițială și o anumită cantitate din substanța dizolvată, este o anumită cantitate din extractant. Ambele soluții constau din trei componente.
A, B, C sunt componente pure. La punctul A - pur Px, la punctul В - pur M, la punctul C - pur Fu. Punctul M este caracterizat de cantități. Punctele de pe zona triunghiului corespund compozițiilor soluțiilor cu trei componente.
Fig. 3 Diagrama triunghiulară
Concentrația de echilibru pentru amestecurile cu trei componente poate fi reprezentată într-o diagramă triunghiulară.
Fig. 4 Curba de echilibru în diagrama triunghiulară.
A - solvent de 100% în soluția inițială,
B - 100% substanță dizolvată,
C 100% Extractant
Liniile AB, BC, CA - caracterizează compoziția soluțiilor cu două componente. Fie ca A și B, B și C să fie solubile în mod nelimitat între ei, iar A și C sunt limitate solubile. Fie ca compoziția lui A și C să fie caracterizată prin punctele G1 și G2. Dacă le adăugăm B, obținem o soluție stratificatoare tri-componentă care corespunde punctelor D1 și D2. Această coardă corespunde unor soluții care se află în echilibru între ele. Punctul K este punctul critic, corespunde unei soluții monofazate.
Solubilitatea reciprocă crește odată cu creșterea temperaturii, prin urmare, domeniul existenței sistemelor eterogene scade. La temperaturi înalte, poate dispărea cu totul (punctul Tcp din figura 5).
Fig. 5 Influența lui T asupra curbei de echilibru.
Proprietatea principală a extractantului este selectivitatea, care caracterizează capacitatea sa de a extrage în principal unul din două, trei sau mai multe componente ale soluției. Selectivitatea extracției față de componenta distribuită este caracterizată prin coeficientul de selectivitate (coeficientul de separare)
După cum puteți vedea, cu atât mai mult. Dacă = 1, selectivitatea este 0. În condiții reale, mai mult de 2.
Denumită prin y - extract, x - rafinat.
- coeficient de distribuție pentru componenta B.
3. Balanța materială a procesului de extracție lichidă
Extracție unică (cu o singură etapă).
Să considerăm o extracție cu o singură treaptă. Această metodă simplă este aceea că soluția stoc F și extractantul S sunt amestecate într-un mixer, după care este împărțită în două straturi: extract E și rafinat R.
Fig. 6 Schema de extracție în una singură etapă.
Fazele implicate în extracția lichidă au o solubilitate parțială reciprocă. Apoi, sistemul are cel puțin trei componente. Pentru un amestec cu trei componente, se utilizează o diagramă triunghiulară. Ecuația (4) poate fi rescrisă (pentru separarea N kg din amestecul inițial).
F + S = N = R + E (5)
Fig. 7 La derivarea ecuației de echilibru material.
Expression (5) permite echilibrul material de pe o diagramă triunghiulară a fluxului de proces de amestecare F + S = N, și apoi separarea acestui amestec ternar de N soclu filetat R + E. Prin regula pârghiei poate fi scrisă
Punctele pentru un anumit F găsesc valoarea necesară S pentru proces. Raportul dintre fluxurile E și R se găsește din formula
Bilanțul material al componentelor A și B din fluxurile de extract E și rafinat R având în vedere (2) are forma:
Deoarece suma concentrațiilor tuturor celor trei componente A, B și C este de 100%, nu este necesară echilibrarea componentei C. Având în vedere că N = E + R obținem: izotermie de extragere în soluție
Împărțind unul pe celălalt, obținem:
Ecuația (10) este ecuația unei linii drepte. Prin ecuațiile (4) și (10), se poate găsi compoziția oricărui flux dacă sunt cunoscute cantitățile și compoziția celorlalte trei fluxuri.
În conformitate cu ecuația generală de transfer de masă, cantitatea de substanță M care trece de la o fază la alta poate fi scrisă:
Aici sunt coeficienții de transfer de masă pentru faza dispersată și faza continuă.
Deoarece suprafața de contact a fazelor în timpul extracției este picături, transferul de masă se realizează printr-o suprafață sferică. Evident, condițiile hidrodinamice din interiorul picăturii și din faza continuă sunt diferite. Prin urmare, transferul de masă în cadrul fiecărei faze nu poate fi descris de o ecuație identică.
4. Extracția în mai multe etape, cu debit încrucișat de solvent
Soluția stoc și rafinate respectivele porțiuni tratate S1 și S2 extractantului proaspăt și r. H. La fiecare etapă de extracție, constând dintr-un mixer și decantor și rafinate alimentate succesiv în etapa următoare, iar extractele E1 și E2 și așa mai departe. G. După situate fiecare etapă din coloană.
Fig. 8 Schema de extracție multiplă cu curent de solvent în contracurent
Prin această metodă, componenta de distribuție poate fi complet eliminată din soluția de alimentare și poate fi obținut un rafinat pur. Cu toate acestea, pierderile de solvent conținute în soluția inițială sunt inevitabile, deoarece în fiecare etapă are loc o îndepărtare parțială a solventului prin extract.
5. Extragere multiplă cu mișcare în contracurent
Această metodă de extracție se caracterizează prin mai multe etape de contactare 1, 2 și așa mai departe. G. Cu fluxuri contracurent rafinatului R și o fire de extract E cu condiția furnizarea soluție stoc și ekstagenta F și S la capetele opuse.
Fig. 9 Schema de extracție multiplă cu mișcare opusă solventului
Extracție continuă în contra-curent. Această metodă de extracție se realizează într-un aparat tip coloană (de exemplu, ambalat). O soluție mai grea vine de sus, o fază ușoară intră în partea de jos a coloanei.
Găzduit pe Allbest.ru
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: