Равновесие в процессах жидкостной экстракции

подчиняется так называемому закону распределения. В соответствии с этим законом отношение равновесных концентраций распределенного между двумя жидкими фазами вещества при постоянной температуре есть величина постоянная, называемая коэффициентом распределения

В уравнениях (12.1) и (12.2) размерность концентраций выражена в кг/м³.

Если уравнения (12.1) и (12.2) записать для соответствующих, концентраций (у, х), размерности которых выражаются в кг/кг растворителя, они примут вид

По величине коэффициента распределения судят об экстракционной способности экстрагента. Так, увеличение значения Ψ соответствует более высокой способности экстрагента извлекать целевой компонент. Значение коэффициента распределения находится в пределах от 1 до 10000.

Коэффициент распределения зависит от свойств взаимодействующих систем, наличия химического взаимодействия извлекаемого компонента с растворителем. Величина т незначительно зависит от температуры и, вследствие несжимаемости жидкостей, практически не зависит от давления.

Е сли же экстрагент и раствор, содержащий распределяемый компонент взаимно растворимы, то для таких систем равновесные соотношения изображаются с помощью треугольных ди­аграмм, построенных для постоянной температуры.

Треугольная диаграмма (рис. 12.1) представляет собой равносторонний треугольник, вершины которого соответствуют содержанию чистых компонентов А, В и С. При этом А и В – компоненты жидкой смеси, подлежащей разделению, С – растворитель.

Стороны треугольника являются шкалами, точки которых определяют составы двухкомпонентных смесей или растворов АВ (компонента В), СА (компонента А) и ВС (компонента С), а точки внутри треугольника – составы трехкомпонентных систем.

Так, точка М на рис. 12.1 соответствует составу тройной смеси, содержащей 20% компонента А, 40% компонента В и 40% компонента С.

В дальнейшем, считая, что исходная смесь и экстрагент взаимно нерастворимы, для изображения процессов экстракции будем использовать диаграмму у – х.

Материальный баланс

процесса экстракции соответствует об­щему для массообменных процессов уравнению

где G – количество экстрагента; L – количество исходного растворителя; Y₁ и Y₂ – содержание распределяемого компонента в экстракте и экстрагенте, кг компонента/кг экстрагента; Х₁ и Х₂ –содержание распределяемого компонента в исходном растворе и рафинате, кг компонента/кг исходного растворителя.

Из уравнения (12.3) можно определить необходимый расход экстрагента

Зависимость между составами экстрагента и рафината графически выражается рабочей линией, являющейся прямой, уравнение которой соответствует уравнениям (9.4) и (9.5), крайние точки которой определяются составами исходного раствора, экстрагента, экстракта и рафината.

Процессы экстракции проводятся чаще всего без подвода или отвода теплоты, поэтому для их расчета составление теплового баланса не требуется.

Уравнение материального баланса может быть записано для процесса экстракции по входящими выходящим потокам в виде

F+S=R+E,

где F, S, R, Е – весовые расходы исходного раствора, экстрагента, рафината и экстракта.