ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Многоступенчатая экстракция из двухкомпонентных растворов из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" Выражение (ХП.З) свидетельствует об экспоненциальном характере зависимости tj от п рост степени извлечения т) при п 4—6 большей частью чрезвычайно мал. [c.574] В случаях, когда R Ф onst, концентрации рафинатов и экстрактов на выходе из отдельных ступеней экстрактора могут быть найдены графическим путем при помош,и у —х-диаграммы равновесия (рис. ХП-8, б). В самом деле, из уравнения (а) материального баланса первой ступени следует — — = nW/D. [c.574] Проведя в диаграмме у —л из точки с абсциссой прямую под углом а = ar tg (nWlD) до пересечения с кривой равновесия, получим точку с координатами х , у . Прямая, проведенная под тем же углом а из точки с абсциссой Xi, пересечет кривую равновесия в точке с координатами j j, у и т. д. Легко видеть, что средняя концентрация целевого компонента в объединенном экстракте выразится так у = (У + Уг + Уг + +Уп)1п. [c.574] Частичная взаимная растворимость экстрагента и растворителя. В рассматриваемом процессе, как и в предыдущем, рафинат каждой ступени взаимодействует со свежей порцией экстрагента. Допустим, что в первой ступени после смешения исходного раствора М с заданной порцией экстрагента С образуется гетерогенная смесь N1 (рис. XI -8, в). После расслоения последней получается рафинат / 1, который смешивается во второй ступени с заданной порцией свежего экстрагента, образуя гетерогенную смесь N2. Полученный после расслоения рафинат Р2 образует с заданной порцией свежего экстрагента смесь N3, из которой отделяется рафинат Яд. Если третья ступень является последней, то из рафината отгоняется экстрагент, после чего состав рафината будет соответствовать Р з. [c.575] Экстракты, уходящие из трех ступеней экстрактора, имеют составы, изображаемые точками 1, 2 и 3, а после удаления из них экстрагента — точками Э1, Э2, Э . [c.575] И рафината (рис. ХП-9, а). Контакт свежего экстрагента с уходящим рафинатом способствует лучшему извлечению целевого компонента, а контакт свежего раствора с уходящим экстрактом благоприятствует росту концентрации последнего. В результате при встречном движении раствора и экстрагента достигается высокая степень экстракции при минимальном расходе экстрагента. Процесс протекает непрерывно и осуществляется в секционированных горизонтальных аппаратах (например, в многоступенчатом ящичном экстракторе), в ранее описанных вертикальных колоннах и центробежных экстракторах. Как и в предыдущих случаях, рассмотрим два варианта процесса. [c.576] Полная взаимная нерастворимость экстрагента и растворителя. Напишем уравнение материального баланса четырехсекционного экстрактора (рис. ХП-9, а), питающегося свежим экстрагентом (у = 0), применительно к системе с постоянным коэффициентом распределения (R = у х = onst) W х —х = Dy = = RDxi. Отсюда Xi= W/RD) (Хц—j i) счет ступеней—сверху вниз. [c.576] Формула (ХП.4) позволяет определить требуемое число ступеней равновесия п при заданных значениях W, D, R, х и х или конечную концентрацию рафината при остальных известных величинах. [c.577] Частичная взаимная растворимость экстрагента и растворителя. Отличительной особенностью рассматриваемого процесса является изменение по высоте экстрактора не только концентрации целевого (экстрагируемого) компонента В в обеих жидких фазах, но также количеств растворителя А и экстрагента С. Напомним, что взаимная растворимость последних (Л и С) зависит от концентрации присутствующего третьего компонента (В). [c.577] Таким образом, фазовые потоки изменяются по высоте экстрактора, но разность их во всех сечениях последнего постоянна. [c.578] Величины 5 , и S являются координатами точки, общей для всех сечений экстрактора и носящей название полюса. Эта точка обычно расположена вне поля треугольной диаграммы и соответствует, следовательно, некоторому гипотетическому раствору. Базируясь на свойствах полюса можно, графическим путем определить требуемое число ступеней равновесия в экстракторе при частичной взаимной растворимости экстрагента и растворителя. [c.579] В экстракторе к исходной смеси М добавляется заданное количество экстрагента С, так что образуется гетерогенная смесь N. Так как смесь этого же состава должна образоваться при смешении уходящих из экстрактора потоков рафината Р и экстракта 5i, то по установленному выше свойству треугольной диаграммы, прямая, соединяющая точки Р и Э , также должна пройти через точку N. Таким образом, если заданы составы исходной смеси М и конечного рафината Р, то путе.м выбора расхода экстрагента находят точку N и, проведя прямую через эту точку и известную уже точку Pi, определяют на правой ветви бинодальной кривой точ су 3i, соответствующую экстракту на выходе из аппарата. Состав экстракта Э после удаления экстрагента из раствора Эц как было показано выше, соответствует лочке пересечения прямой 9i со стороной АВ треугольника (рис. ХП-10,б). [c.579] Процесс экстракции, очевидно, вообще невозможен, если во всех рассмотренных случаях прямая МЭ совпадает с конодой, которой принадлежит точка Э (построение невыполнимо). Расход экстрагента в этом случае будут минимальным, а требуемое число ступеней равновесия—бесконечно большим (аналогично бесконечно большому числу ректификационных тарелок при минимальном флегмовом числе). Процесс экстракции также невозможен и при чрезмерно большом расходе экстрагента, когда последний образует с исходным раствором гомогенную смесь. Оптимальный удельный расход экстрагента, подобно реальному флегмовому числу при ректификации, определяется экономическим расчетом он должен соответствовать минимальным затратам на осуществление процесса. [c.581] В рассмотренном процессе многоступенчатой противоточной экстракции уходящий из аппарата сырой (до удаления экстрагента) экстракт Эу может иметь в пределе концентрацию целевого компонента, соответствующую равновесию с поступающей исходной смесью. Эту концентрацию можно значительно повысить, если осуществить процесс с флегмой (рис. ХП-12, а). В данном случае исходная смесь вводится в одну из промежуточных ступеней аппарата, а часть чистого экстракта Э (из которого удален экстрагент) возвращается в виде флегмы и движется навстречу экстракту, покидающему ступень аппарата, в которую вводится исходная смесь. При выходе из аппарата сырой экстракт Эу разделяется на установке 4 (рис. ХП-12, а) на чистый экстракт Э и регенерированный экстрагент С. Часть экстракта Эф возвращается в аппарат в качестве флегмы, а остальное его количество Э = = Э —Эф отводится как конечный продукт. Регенерированный же экстрагент Сэ из установки 4, к которому присоединяется количество экстрагента Ср, извлеченного из рафината, возвращается в экстрактор на повторное использование. Таким образом, в рассматриваемом процессе экстрактор, по аналогии с ректификационной колонной непрерывного действия, делится входящим потоком исходной смеси на две части, из которых верхняя является укрепляющей для экстракта, а нижняя — исчерпывающей для рафината. [c.581] Многоступенчатая противоточная экстракция с возвратом флегмы в верхнее сечение укрепляющей части выгодна особенно при низких концентрациях целевого компонента в исходной смеси и небольших коэффициентах распределения. При высоких концентрациях этого компонента с целью интенсификации его исчерпывания иногда применяют возврат флегмы на стороне рафината. Схема этого процесса показана пунктирными линиями на рис. ХП-12, а. Здесь уходящий из аппарата поток рафината делится на два, из которых один возвращается в нижнюю ступень исчерпывающей части экстрактора, а второй выводится из системы для извлечения содержащегося в нем экстрагента. Заметим, что в отличие от возврата флегмы в укрепляющую часть экстрактора, являющегося единственным средством концентрирования экстракта при низкой концентрации исходной смеси, возврат флегмы на стороне рафината приводит лишь к уменьшению числа ступеней в исчерпывающей части аппарата. Это ограничивает область экономически целесообразного применения возврата рафинатной флегмы случаями очень низких коэффициентов распределения. Принципиально возможны рабочие схемы с возвратом флегмы в обе части экстрактора. [c.583] Вернуться к основной статье