Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 270
Текст из файла (страница 270)
распределения компонентов данной системы. Кинетика экстракции Э. ж., как и любой реальный процесс, протекает во времени. Кийетически Э. ж. представляет собон массопередачу (см. Массаобмен), к-рая сопровождается разнообразными физ.-хим. процессами, происходящими на межфазной границе, в прилегающих к ней слоях и в обьемах фаз.
Скорость зкстракции, илн кол-во в-ва, переходашего в едйнипу времени из одной фазы в другую, определяется по ф-ле: ч = КЕбс, (7) где К вЂ” коэф. массопередачи; à — площадь межфазной пов-сти; ос — движущая сила процесса. Если параметры ч, Г и Лс известны, то можно найти значение плотности межфазного потока ()г), коэф. массопередачи и обратную ему величину — т. наз, сопротивление массопередаче (К„): У = чlг" = Кбс = Д р'бс. (а) В зависимости от природы )(„или, иными словами, в зависимости от того, каким койкретно процессом (хйм. р-цией нви диффузией) лимитируется скорость извлечения в-ва, м.
б. предложены разл. способы воздействия на скорость экстракции. Возможны два осн. пути ее регулирования: 1) введением в экстракц. систему мех. энергии, затрачиваемой на принудит. перемешивание и диспергирование фаз с целью увеличения пов-сги их контакта и коэф. массоотдачи в фазах; 2) воздействием на скорость хим. р-ций и межфазных физ.-хим. процессов. В хим. технологии в качестве гл. фактора интенсификации Э. ж. используют первый путь, т. к. обычно скорость экстракции лимитируется диффузией. Однако необходимо учитывать, что возрастание межфазной пов-сти и коэф. массоотдачи в фазах становится все менее заметным по мере увеличения интенсивности принудит. перемешивания.
Поэтому попытки дальнейшего ускорения экстракции за счет дополнит. затрат 828 мех, энергии могут оказаться неэффективными. Кроме того, при интенсивных режимах перемешнвання возможно снижение скорости раэлеления фэз на последующих стадиях процесса. Если скорость извлечсниа в-ва ограничена скоростью медленных хим. р-ций в фазах, то при прочих равных условиях скорость эхсгракции не зависит от размера межфазной пов-сги. Интенсификация эхстрахц. процесса возможна лишь за счет ускорения самих р-нйй.
В подавгяюшем большинстве эксграхц, систем, особенно при интенсивном перемешивании, сопротивление массопередаче А'„сосредоточено в межфазной области. Это означает, что все действующие в ней факторы будуг оказывать влияние на коэф. массопередачи. К числу таких факторов отногжтся: мсжфазные р-ции между экстрагентом н извлекаемым в-вом; блокировка межфазной пов-сги в результате аккумуляции на ней труднорастворимых продуктов р-ций, микрохапсль, твердых часпщ нли, др.
словами, вследсгвие образования в межфэзной обласги конденсир, межфазных пленок и зон михрогетерогенносги; влияние процессов эдсорбции — десорбции и двойного электрич. слоя; сэмопроизвольнаа межфазнвя конвекция из-за нарушения погродинамич. стабильности границы раздела фаз (эффект Марангони). Знание закономерностей кинетики процесса н информация о коэф. массопередачи необходимы для расчетов экстракц. аппаратуры и определения путей интенсификации Э. ж. Спэсабы организации процесса Э.ж. осуществляют в аппаратах, наз.
экстракт орами, с однократным и многократным контактом фаз. Соотв. Различают однократную (одноступенчатую) и многократную (многоступенчат)зо) эксгракцию, при этом ступенями разделены служат отдельные аппараты нлн их секции. Многократная экстракцня, нэиб. распространенная в иром-сги, проводи шя непрерывно и по способу движения фаз подразделяется на протнвоточную, полупротивоточную и перскрестноточную. Чаще всего применяют п рот и вот о чную экстракцию одним эксграгентом (рис. 3) с числом ступеней обычно 5-10.
Для труднораздсляемых компонентов (напр., близких по св-вам лвнтаноидов) число ступеней достигает 70 — 100, Легкая Легкая НВ фззэ Гаа 3. Гааза эрютииотачноя ааогазратяоя эхстрэалгм: Г Г, ..., з — агсзваз- тоуы. Четкость разделения исходной смеси мглкно повысить, используя след.
способы. При Э.ж с обратной флегмой экстрагент и рафинат частично отделяются от соотв. экстракта и исходного р-рщ далее определенные доли этих фракций обратно возвращаются в экстрахтор навстречу уходящим потокам (процесс проводат подобно рехтяфигляии). При Э.ж. с двумя несмешивающимися экстрагентами каждый из них избирательно растворяет к.-л. компонент или группу компонентов экстрэкц. системы.
Реже использ)лот полупротивоток и перекрестный ток. При полупротивоточной экстракции одна фаза «неподвижна» (не перемещается со ступени на ступень), а др. Легкая фаза Легкая фаза Гае 4 Сьена псрезреапюгюзаоя яногозээтноя эзсгргзаээ Гэ — ззазэах- гэрм). 829 27" ЭКСТРАКЦИЯ 419 фаза последовательно проходит все ступени каскада (см. ниже), вымывая компоненты р-ра в порядке убывания коэф. ш Полупротивоток применяют ддя извлечения и разделения компонентов, присугствующих в системс в очень малых хол-вэх.
При необходимости более полного извлечения целевого компонента из исходного р-ра иногда использует и ерекрестноточную экстракцию (рнс. 4): исчерпывасмэя фаза движется последовательно вдоль ступеней каскада, а извлекающая фаза поступает на каждую сгупень н с нее же выводится. Однократная экетракция, осушестюиемвя периодически или непрерывно, возможна лишь при высохих значениях гз н применяется преим.
ши анютиг. целей. Примером иром. реализации одноступенчатого процесса может служить м е мбранная экстракция, основанная на использовании иамбран жидких и сочетающая одновременно прямой процесс и рсэкстрахцию. Роль мембран выполняет слой орг. жидкой фазы, разделяяяций два водных р-ра — нсчерпываемый и извлекающий. Жидказ мембрана обычно содержит активный компонент — экстрэгент, служащий для переноса целевых компонентов из исчерпываемой фазы в извлекающую.
Разновидность мембранной Э.ж.— экстракция во множественных эмульсиях вода — масло — вода. Оптимизация экетракции. Э.ж, многофакторный процесс, мат. описание и оптимизация х-рого требуют сведения воедино совокупности равновесных, кинетич., гидродинамич., конструктивных данных и результатов маспггабированиз (см.
Масианабный нерагад). Эта задача успешно решается с помощью структурного моделирования эксграхц. процессов. В основе его лежат т.нэз. структурные модели, адекватно описывающие равновесие, кннетиху и юзпаратурное оформление кзящого реального процесса. В отличие от функциональных моделей, к-рые таюхе используются для описания экстракц. процесса, но рассматривают его нли отдельные элементы лишь с целью установления количеств.
корреляции между отдельными параметрами, сгр)ктурные мсцелн обладэвл более широкими эксграполяц. нозможносшми и пригодны дгы оптимизации Э. ж. на стадии иром. проектирования. Аппаратурнае оформление процесса По способу контакта фаз иром.
эхстрэкторы подразделяют на дифференциально.контактные (колонные аппараты), ступенчатые и промежуточные конструкции. Аппараты первой группы отличаются непрерывным контактом фаз и плавным изменением концентрации извлекаемого компонента вдоль длины (высоты) аппарата, При таком профиле концентраций Ф ы ни в одной точхе зкстрэхтора не приходят в равновесие. аппараты более компактны и требуют ограниченных пронихаств.
вюпгадей, однако в них за счет продольного перемешивания (обусловлено копвекгнвнымн осевыми потоками, застойными зонам, турбулентными пульсациями и т.д.) может значительно уменьшаться средняя движущая силн. Аппараты второй группы состоат нз дискретных сгупеней, в каждой из х-рых осущестюшется контакт фаз, после чего они рахделяялюя н движугся противотоком в послед. ступени. Продольное перемешивание выражено слабее, но необходимость разделения фаз меэцгу соседними ступенями может приводить (при плохо отстаивающихся системах) к существ.
увеличению размеров экстрактора. Колонные экстрактэры подращеляют на гравитационные и с внеш, подводом энергии. Эффективность колонн оценивают кпд отдельных ступеней разделения, высотой, эквивалентной теоретич. ступени (ВЭТС),либо высотой единицы переноса (ВЕП). ВЭТС зависит от пщродинамнч. режима в колонне и физ.-хим, св-в экстракц. системы, Высоту (длину) колонны, в к-рой проводится многоступенчатый процесс, рассчитывают по ф-ле: Н = Аг ВЭТС(ВЕП), где )Гà — необходимое число ступеней, опредсляемое, ках правило, графически по изотермам экстракции и материальным балансам нли с помощью расчетов на ЭВМ, Гравитационные якстракторы.
В них движение взаимодейств)тощих жидкостей происходит под действием разности плотностей фаз; пов-сть их контакта образуется за счег собств. энергии потоков. К этим аппаратам относятся рвспьшительные, насадочные и ситчатые эхсгракторы. 830 420 ЭКС'ПаАКЦИЯ Распылит, экотракторы (рис. 5) — полые колонны, снабженные соплами, инжекторами и др. Распылителями для дисперпарования взаймодейаствующих фю.
Тахие аппараты отличаются простотой и высокой Тяжелая производительностью, но сравни- фаза тельно невысокои эффективностью, Несколько более эффективны, но менее производительны насадочные экстрактор ы, не отличающиеся по устройству от др. подобных массообменных аппаратов (см. тюгже Наса- вогнав Фаза Лепет фаза Лет«ел фвз фаза Тяжелея фвзв Тяжелая ф ° егква фаэв Тяжелая фззв Тяжелва фаза Рне.
б. Раторлотмкотй вкетрвктор: 1 — ротор рва» е лноквмн); 2 — кольцевые неретеронсл «автора. Рле. 7. Эклрвхтор е тереэмынмисв мвомтельтвсн н отетоянмнн олщввмн (ковавна Швябслв): !— нвл; 2 - метммв; 3 — нвслвкл 831 данные аппараты). Ситчатые экстракторы представжют собой колонны с перфорир. тарелками, снабженными перелив- ными устройствами (см. также Тор«льчатмл аппараты). Одна из взаимодействующих жцэхостей, проходя через отверстия тарелок„ диспергируется; благодаря этому создается большая пов-сть конт жта с встречной жидкостью, протекающей по переливным устройствам в виде сплошной фазы.
Ситчатые жсгржторы уступают фаза по производительности только распылит. эхсграхторам, надежны в работе (вслсдствие простоты конструкции и отсутствия движущихся частей), однако имеют низрве. 5. Рвспмвнтемнмя вкс- х)во эффективность. трннорс 1,7 — рва»маман. По сравнению с др. колонными аппаратами все гравитац.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
