ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Многоступенчатая экстракция при перекрестном токе из "Жидкостная экстракция" В то время как для четырехкомпонентных систем имеется возможность в той или иной мере интуитивно определить число независимых переменных, которые можно произвольно выбрать при проектировании процесса, для более сложных систем данный вопрос усложняется. Эта проблема будет кратко рассматриваться ниже в соответствии с общим подходом к ее решению, развитым КваукомПрименительно к процессам одноступенчатой экстракции и экстракции смесью экстрагентов определенные идеи высказывали ряд авторов однако приведенные литературные ссылки нельзя рассматривать как исчерпывающую библиографию по данным вопросам. Прочие ссылки будут указаны в тексте, особенно для процесса фракционной экстракции. [c.308] Одноступенчатая экстракция не имеет большого промышленного значения, так как достигаемая степень разделения обычно невелика. Однако изучение этого процесса полезно для анализа других, практически важных процессов экстракции. [c.308] Степени свободы. Если исходный раствор и экстрагент взаимодействуют на идеальной (теоретической) ступени, имеется возможность произвольно выбрать некоторые величины, характеризующие процесс, такие, как расходы фаз, температура и концентрация одного из участвующих в процессе компонентов тогда этими условиями будут автоматически фиксироваться значения других величин. Для точного анализа процесса важно знать, сколькими степенями свободы обладает система, с тем чтобы избежать задания невыполнимых условий. [c.308] Однако имеется ряд условий, число которых ограничивает число произвольно устанавливаемых переменных. Например, для каждого компонента должен быть соблюден материальный баланс. Далее, первый закон термодинамики требует, чтобы соблюдался также баланс энергии. У потоков фаз, рассматриваемых здесь, кинетическая и потенциальная энергия, а также соверщаемая ими работа невелики, поэтому последний баланс упрощается и сводится к балансу энтальпии или тепла. При других обстоятельствах могут возникать иные ограничительные условия, например идентичность двух потоков. В любом случае число независимых переменных Л/г, которые можно выбрать произвольно, равно разности — Ыс. Часто многие из них будут выявляться при анализе конкретных процессов. [c.309] например, выбор концентрации только одного из компонентов в рафинате автоматически фиксирует концентрации всех остальных компонентов в экстракте и рафинате, а также расходы экстракта, рафината и экстрагента. Эти переменные не могут быть выбраны произвольно, при проектировании установки их можно определить простым расчетом. Далее, нельзя выбирать последнюю независимую переменную (Л/,-=1) совершенно произвольно. Например, нельзя принимать концентрацию распределяемого компонента в рафинате такой, чтобы она была меньше равновесной с экстрагентом данного состава. [c.310] В уравнении (VII, 3) концентрация X относится последовательно к компонентам А, В, С н О. [c.310] На пространственной диаграмме и соответствующей проекции на грань A D (рис. 161, а) дана схема расчета одноступенчатой экстракции трехкомпонентного исходного раствора F, состоящего из компонентов А, В и С, однокомпонентным экстрагентом D. При смешении D и F получается смесь М, которая образует два равновесных раствора R а Е. Последние должиы лежать на поверхности растворимости. Точки F, D и М спроектированы на грани A D и B D (рис. 161, в и 161, г), ка которых проведены линии fD. [c.313] Если фиксированы независимые переменные N , перечисленные выше (см. стр. 309), то можно выбрать, например, величину (в известных пределах). На рис. 161,6 плоскость СЯ/, проведенная при постоянном значении Xar, пересекает поверхность растворимости по кривой NP, проходящей через точку R. Надо расположить точку R на этой кривой таким образом, чтобы линия RE пересекала линию FD в точке М. [c.313] Рассмотрим рис. 162, на котором точки Я и Е определены так, как было описано выше. Если относительная летучесть экстрагента О (по отношению к другим компонентам) позволяет выделять его полностью, то свободные от экстрагента продукты будут иметь составы Я и Е которые находятся на стороне АВС тетраэдра Я — продукт, обогащенный компонентом А, а Е — продукт, обедненный компойентом А). [c.314] На рис. 163, а приведен пример использования смешанного экстрагента 5, содержащего компоненты С и В, для экстракции из двух ком понентного исходного раствора, включающего компоненты А и В. Полное отделение компонентов С и О от продуктов экстракции приводит к получению продуктов Я и Е . Смесь Е можно разделить с помощью экстрагента, содержащего лишь один компонент 0 преимущества использования смешанного экстрагента заключаются главным образом в некотором улучшении селективности ил.и других свойств экстр-а.геита. На рис. 163,6 схематично показан процесс разделения двухкомпонентного исходного раствора Р, содержащего компоненты В С, двухфазным экстрагентом 5, состоящим из компонентов А я О. Полное извлечение Л и О из рафината и экстракта приводит к получению конечных продуктов Я и Е . [c.314] Численный расчет может быть проведен так же, как для каждой из ступеней в примере У1-5 (см. стр. 263). Этот расчет требует построения графика зависимости коэффициента равновесного распределения для каждого компонента от концентрации двух других компонентов. [c.315] Взаимно нерастворимые экстрагенты. Пусть нерастворимыми друг в друге экстрагентами являются компоненты А П. Эти экстрагенты представляют собой либо практические нерастворимые друг в друге чистые жидкости, либо взаимно насыщенные растворы частично растворимых жидкостей, при этом их взаимная растворимость, или распределение между фазами не изменяется ири распределении между ними третьего компонента. [c.315] В общем случае распределение какого-либо вещества зависит от присутствия другого. Типичным примером является совместное распределение уранилнитрата и азотной кислоты между водой и органической фазой, состоящей из керосина и трибутилфосфата (ТБФ), показанное на рис. 164. Как видно из рисунка, распределение любого компонента зависит от концентрации другого. Эту систему можно рассматривать как четырехкомпонентную, поскольку вода, керосин и ТБФ не участвуют в распределении. [c.315] Если объемы взаимодействующих растворов существенно не изменяются, то может оказаться удобным выражать концентрации в единицах массы на единицу объема, а количества жидкостей заменять соответствующими объемами. [c.316] Для каждого распределяемого компонента Рис. 165. Схема односту-Ох - - Ау. = Dji, -f Ay, (VII, 6) пенчатой экстракции (экстр-F S 1 1 агенты у1 и D взаимно не- растворимы). [c.317] Эти зависимости являются уравнениями прямой на графике с координатами х и у, а именно — уравнениями рабочей линии, проходящей через точки с координатами (хр, ys) и Xi, у ) и имеющей наклон —О/Л. Потоки, покидающие ступень, находятся в равновесии, так что точка хи у ) лежит на кривой равновесного распределения. С помощью кривых равновесия (например, рис. 164) и рабочей линии можно рещить любую задачу при расчетах жидкостной экстракции. Если свободная от экстрагентов смесь распределяемых компонентов (питание) обрабатывается двумя растворителями (экстракция двумя экстрагентами), расчет проводят при допущении, что исходная смесь распределяемых компонентов первоначально взаимодействует только с одним из экстрагентов. Схема расчета сохраняется в основном неизменной для любого числа распределяемых компонентов. [c.317] На последней диаграмме точки N, Р я Q образуют пунктирную линию, пересекающую рабочую линию в точке Г, которая соответствует равновесным концентрациям выходящих нз теоретической ступени потоков. [c.317] Вернуться к основной статье