11.10 Матеріальний баланс екстракції

Матеріальний баланс екстракції зображається загальним для масообмінних процесів рівнянням в диференційній і інтегральній формах (див. рівняння (8.4.1)-(8.4.7)). У випадку часткової взаємної розчинності фаз L і G їх величини вже не будуть постійними по висоті апарата, а тому і відношення G/L буде змінною величиною. Звідки висновок: робоча лінія екстракції в системі координат х-у при частковій взаємній розчинності фаз не буде прямою лінією.

Рівняння матеріального балансу за загальним потоком в цьому випадку буде мати вигляд

F + S = R + E, (11.10.1)

де F, R - відповідно вагові кількості вихідного розчину і рафінату, кг/год;

S, E- відповідно вагові кількості екстрагента і отриманого екстракту, кг/год.

Якщо переписати рівняння (11.10.1) у вигляді

F + S = N = R + E (11.10.2)

то рівняння матеріального балансу може бути представлено графічно на трикутній діаграмі (рис. 11.10.1) як процес змішування вихідних потоків F+S (з утворенням потрійної суміші, яку зображено точкою N) і наступним розділенням потрійної суміші N на кінцеві потоки R+E.

З діаграми за правилом важіля:

S/F = FN/SN (11.10.3)

можна знайти співвідношення між кількостями отриманих потоків рафінату і екстракту

R/E = TN/RN (11.10.4)

а також склад будь-якого з потоків, якщо задані склади і кількості трьох інших потоків.

Рис. 11.10.1. До складання матеріального балансу процесу екстракції.

11.11 Кінетика екстракції

Процеси екстракції проводять диспергуванням однієї з рідких фаз. Опором в одній з фаз можна знехтувати в деяких випадках

(11.11.1)

1) якщо 1/β_д = 0 тобто β_д зростає К = β_суц

Критерій Нусельта:

Nu_диф = С₁·Ре^т (11.11.2)

(11.11.3)

де Д - коефіцієнт дифузії речовини, що розподіляється в суцільній фазі, м²/сек;

d_кpaп - діаметр краплини, м;

β_с - коефіцієнт масовіддачі по суцільній фазі, м/сек;

2) дифузійним опором всередині краплини знехтувати не можливо 1/β_д = 0;

Тобто збільшується коефіцієнт масовіддачі по суцільній фазі.

Коефіцієнт масопередачі може бути прийнятий рівним коефіцієнту масовіддачі

Критерій Нусельта для дисперсної фази

, (11.11.4)

де β_д - коефіцієнт масовіддачі по дисперсній фазі, м/сек;

Д_д - коефіцієнт дифузії речовини, що розподіляється в дисперсній фазі, м²/сек;.

3) дифузійним опором в суцільній фазі і всередині краплини знехтувати не можливо і необхідно враховувати маси як суцільного середовища, так і всередині краплини.

Коефіцієнт масопередачі розраховується за рівнянням:

(11.11.5)

або

(11.11.6)