ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экстракция отдельных компонентов из твердых веществ (выщелачивание) из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" Особенностью рассматриваемого процесса является избирательная экстракция одного или нескольких компонентов из твердых тел. Экстрагируемые компоненты могут находиться в порах твердого тела либо в виде раствора, либо в виде твердого растворимого вещества в последнем случае экстракции предшествует растворение данного вещества. Процессы экстракции применяются в химической технологии для извлечения различных веществ из рудных и нерудных ископаемых, пористых продуктов спекания, растительного сырья и др. Строение этих материалов очень разнообразно и оказывает, естественно, большое влияние на кинетику экстракции. Так, некоторые материалы с самого начала обладают пористой структурой, благоприятной для проникновения экстрагента и выхода экстракта, особенно при наличии сквозных и крупных пор, и менее благоприятной —в случае тупиковых и очень мелких пор (капилляров). Существует, однако, множество таких материалов, в которых крупные и даже сквозные поры образуются по мере удаления экстрагируемых компонентов. Заметим еще, что обрабатываемые твердые материалы редко имеют регулярную структуру, т. е. растворимые компоненты неравномерно (хаотически) распределены в объеме инертного (нерастворимого) скелета, поэтому теоретический расчет кинетики процесса возможен только при его сочетании с прямым экспериментом. [c.604] Процесс экстракции из твердых материалов осуществляется в периодическом и непрерывном режимах, причем в последнем — при прямотоке, противотоке и идеальном смешении взаимодействующих фаз. Во всех случаях весь технологический процесс состоит из четырех стадий, к которым относятся 1) собственно экстракция 2) отделение экстракта от твердого остатка (отстаивание, фильтрация) 3) отделение (регенерация) экстрагента от экстрагированных веществ (выпаривание, ректификация, кристаллизация, высаливание) 4) отделение остатка экстракта от твердых нерастворимых веществ (прессование, центрифугирование, отгонка). [c.604] Аппараты периодического действия большей частью мало интенсивны и характеризуются низкой эффективностью, так как выгружаемый твердый остаток уносит с собой значительное количество экстракта (вследствие смачиваемости и адсорбции) обслуживание их требует также большой затраты ручного труда. Перемешивание содержимого аппарата несколько ускоряет процесс, но приводит часто к нежелательному измельчению твердого материала и засорению экстракта. [c.605] При последовательном батарейном соединении нескольких экстракторов возможен полунепрерывный рабочий режим в двух вариантах. По первому из них жидкость во всех аппаратах некоторое время задерживается, затем перетекает из аппарата в аппарат, а первый из них наполняется свежим экстрагентом. После истощения твердого материала первый аппарат опорожняется, загружается свежим материалом й становится последней ступенью в батарее, а экстрагент подается во второй аппарат. Таким образом, через определенные периоды времени передвигаются на одну ступень места подачи свежего экстрагента и выхода экстракта. По второму варианту после включения очередной ступени со свежим материалом жидкость непрерывно движется через всю батарею (исключая ступень для выгрузки твердого остатка и новой загрузки) течение жидкости прерывается только на время отключения и включения очередных ступеней. Для поддержания требуемой температуры жидкостей между смежными ступенями предусмотрены теплообменные аппараты. Недостатком батарейных экстракторов являются их большие металлоемкости, затрата ручного труда, сложность механизации и регулирования процесса. [c.605] От перечисленных недостатков практически свободны экстракторы непрерывного действия. Так, в т р е х к о -лонном шнековом аппарате (рис. ХП-18, а) твердый материал перемещается тремя шнеками навстречу потоку жидкости. Будучи компактным, конструктивно несложным и простым в эксплуатации, этот аппарат обладает большой измельчающей способностью твердого материала, не обеспечивая при этом равномерное обтекание всех твердых частиц жидкостью и сколько-нибудь высокий рост эффективности. [c.605] Двухшнековый экстрактор (рис. ХП-18, в) состоит из наклонного корытообразного корпуса, внутри которого располс жены два транспортирующих шнека. Последние вращаются навстречу друг другу, поэтому твердый материал получает движение вдоль корпуса. В месте выхода экстракта установлено сито для задержания твердых частиц, которое непрерывно очищается вращающимися скребками. Нижняя часть корпуса аппарата снабжена поверхностью нагрева. Рассматриваемый аппарат является наиболее компактным и отличается минимальной энерго- и металлоемкостью к числу его недостатков относятся рециркуляция обеих фаз и значительное дробление твердой фазы, не всегда допустимое. [c.607] Определение числа ступеней равновесия. Теоретическое описание кинетики процесса экстракции из твердых материалов, как уже отмечалось, вызывает большие затруднения, и даже в сочетании с экспериментом может служить основой лишь для приближенных инженерных расчетов. В связи с этим на практике часто оценивают эффективность экстракторов непрерывного действия по числу достигаемых ступеней равновесия. Это позволяет в случае многоступенчатых аппаратов оперировать коэффициентами полезного действия реальных ступеней (степень приближения к равновесию), а в случае протяженных аппаратов (шнековые и др.) — длиной, эквивалентной одной ступени равновесия. [c.607] В экстракторах непрерывного действия происходит встречное движение двух потоков 1) раствора экстрагируемого вещества В в экстрагенте С (назовем его верхним потоком) и 2) смеси нерастворимого вещества Л, содержащегося в его парах вещества В и раствора (назовем его нижним потоком). Первый из потоков является двухкомпонентным, а второй —трехкомпонентным. В связи с этим составы потоков удобно представить в плоскости равностороннего треугольника, как и в случае жидкостной экстракции. Вершины треугольника А, В и С (рис. Х11-19) соответствуют индивидуальным веществам —нерастворимому А, экстрагируемому В и экстрагенту С, стороны АВ, ВС и АС — бинарным смесям этих веществ (А + В, В + С, А -j- С), точки внутри треугольника —тройным смесям А В -Ь С). Если точка М отвечает насыщенному раствору (экстракту) В С при данной температуре, то в поле АМС будут располагаться ненасыщенные растворы. Смесь, изображаемая точкой М, может быть разложена на нерастворимое вещество А и ненасыщенный раствор О, находящиеся в количественном соотношении Ы01АМ. [c.607] Величины 5 , S , Sq являются координатами точки в треугольной системе координат, общей для всех ступеней (сечений) экстрактора и носящей название полюса. При этом последний, как видно из выражений (а) и (б), лежит на пересечении прямых, соединяющих точки, соответствующие сопряженным концентрациям фаз, т. е. концентрациям в любом сечении экстрактора. Исходными для расчета являются концентрации в начальном (Хд, i/i) и конечном (// , х. ) сечениях аппарата, поэтому для нахождения полюса 5 достаточно провести через эти точки две прямые и продолжить их до взаимного пересечения. Такое построение показано на рис. ХП-19, в применительно к (Ун = 0. Определив полюс 5 и располагая конодами , находим известным графическим способом (как и в случае жидкостной экстракции) искомое число ступеней равновесия на рис. ХП-19, в оно равно пяти. Заметим, что концентрация i/i может быть и не задана тогда она может быть определена, как и при жидкостной экстракции, по выбранному удельному расходу экстрагента (точка Е на рис. ХП-19, в). [c.610] Вернуться к основной статье