Тепловой расчет колонны

Пр: Q_гр.п., Q_исх., Q_ф

Ух: Q_куб., Q_вт.п., Q_пот.

Разделение компонентов с близкими температурами кипения, относительные летучести которых близки к единице, сопряжено со значительными трудностями. Поэтому применяют ……….

Лекция №13

Экстракция в системе жидкость-жидкость.

Равновесие в системах жидкость–жидкость. Материальный баланс.

Кинетика экстракции.

Промышленные схемы экстракции.

Конструкции и расчет экстракторов.

Жидкостная экстракция – это процесс увеличения одного или нескольких компонентов жидкой смеси другой жидкостью, несмешивающейся или ограничено смешивающейся с первой.

Принципиальная схема процесса

А – извлекаемый компонент;

В – растворитель I;

С – растворительII, экстрагент;

Требования к экстрагенту

1. Селективность;

2. Должен иметь плотность, отличную от плотности первого растворителя В, (ρ_А ≠ ρ_В);

3. Не должен растворяться в растворителе исходного раствора;

4. Не токсичный, низкая коррозионная активность, доступный, дешевый, пожаро-, взрывобезопасный.

В качестве экстрагентов наиболее часто используют:

1. Органические кислоты;

2. Соли органических оснований;

3. Нейтральные растворители (спирт, вода)

Если используют воду, то процесс называется выщелачивание.

Извлечение компонентов из твердых тел жидкостью называется экстрагирование

Экстракция используется:

1. при незначительном содержании извлекаемого компонента в смеси (при ректификации потребовалось бы большее количество тарелок);

2. при близких температурах кипения компонентов смеси;

3. при выделении термически нестойких веществ (процесс экстракции протекает при комнатной температуре)

Достоинства (процесса экстракции): низкие энергетические затраты (можно проводить при комнатной температуре).

Недостатки (экстракции): ввод в систему третьего компонента, что обуславливает его последующее выделение, что приводит к увеличению материальных затрат.

Равновесие процесса.

Рассмотрим равновесие в системе “ж - ж”. Система состоит из двух фаз и трех компонентов. Следовательно по правилу фаз Гиббса число степеней свободы равно 1.

При проведении процесса температура не изменяется, а давление в подобной системе практически не оказывает влияния. Поэтому в ней можно изменять концентрацию одной из фаз без нарушения равновесия. При этом

,

т.е. данной концентрации распределяемого вещества х в одной фазе в состоянии равновесия соответствует определенная концентрация у^* вещества в другой фазе.

где

у – концентрация компонента “А” в растворителе “Е” – экстракте.

х – концентрация компонента “А” в “R” – рафинате.

Равновесия в системе определяется законом распределения Нереста: при Т=const отношение между концентрациями компонентов в двух жидкостях при равновесии постоянно.

Вещество распределяется между двумя жидкостями в отношении “m”, не зависящим от его количества.

Для идеальных растворов: .

Для реальных растворов существует две группы.

Полная нерастворимость В и С; экстракт и рафинат – двойная система и линия равновесия:

Система А–В–С, причем А +В и В+С – неограничено растворимы в друг друге, В и С ограничено растворимы следовательно появляется тройная система и линия равновесия представится на треугольной диаграмме: F – исходный раствор; S – экстрагент.

Равновесная кривая или биноидальная кривая.

Вершины равностороннего треугольника соответствуют чистым компонентам. Каждая точка на сторонах АВ, ВС и АС соответствует составу двухкомпонентных растворов. Каждая точка на площади внутри диаграммы соответствует составу трехкомпонентного раствора (тройной смеси).

Содержание компонента в точке М определяется проведением прямых, параллельных противоположной стороне.

Процессы смешения и расслаивания на диаграмме изображаются прямыми, соединяющими исходные и конечные растворы.

Материальный баланс экстракции выражается общими для массообменных процессов уравнениями в дифференциальной и интегральной формах. При од­нократном взаимодействии фаз (периодическая экстракция) материальный ба­ланс процесса по потокам принимает вид:

F + S = M = Е + R

где F, R — массовые количества соответственно исходного раствора и полученного рафи-ната;

S, Е — массовые количества соответственно экстрагента и полученного экстракта.

Графическое изображение материального баланса видно на треугольной диаграмме. Из диаграммы по правилу рычага можно найти количество необходимого для процесса экстрагента: , или соотношение между рафинатом и экстрактом: