15.2.4. Непрерывная противоточная экстракция

Как уже отмечалось, при непрерывной противоточной экстракции фазы взаимодействуют друг с другом не достигая равновесия. Поскольку, как и в случае абсорбции, противоточное движение фаз при экстракции обеспечивает большую степень извлечения, чем прямоточное, то на практике применяется именно противоток. Непрерывная противоточная экстракция реализуется, как правило, в колонных экстракторах (рис. 15.1). В нижнюю часть аппарата подается более легкая фаза, допустим экстрагент S, диспергируемая для увеличения поверхности контакта в сплошной, более тяжелой фазе, допустим инертном компоненте А. В верхнюю часть аппарата подается исходная смесь, движущаяся вниз навстречу экстрагенту. Экстракт Е отбирается из верхней части колонны, а рафинат R из нижней.

Уравнение материального баланса для всего экстрактора совпадает с (15.3). Записывая материальный баланс для участка аппарата от произвольного сечения до, например, нижнего можно получить уравнение рабочей линии непрерывной противоточной экстракции

. (15.23)

Изображение этого процесса на диаграмме приведено на рис. 15.8. Определение числа теоретических ступеней изменения концентрации (теоретических тарелок), необходимых для достижения требуемой степени извлечения можно проводить как аналитическим, так и графическим способами (раздел 12.7.3).

Для определения высоты колонны необходимо умножить число теоретических ступеней N_т на высоту, эквивалентную одной ступени h_э. Величина h_э зависит от конструктивных и режимных характеристик колонны. Кроме того для расчета непрерывной противоточной экстракции могут применяться схемы, основанные на основном уравнении массопередачи и его модификациях, изложенные в разделе 12.7.2, с использованием выражений для коэффициентов массоотдачи, аналогичных (12.198) (12.201).

Нетрудно убедиться, что число теоретических ступеней изменения концентрации, необходимых для достижения заданной степени извлечения в непрерывной противоточной экстракции совпадает с числом ступеней, обеспечивающих ту же степень извлечения при противоточной многоступенчатой экстракции. Выбор того или иного способа проведения процесса экстракции производится на основе технико-экономического расчета с учетом стоимости соответствующего аппаратурного оформления.

Рис. 15.8. Изображение процесса непрерывной противоточной экстракции на диаграмме

Осуществление процесса непрерывной противоточной экстракции возможно при условии, что рабочая линия расположена ниже равновесной

или

, (15.24)

то есть величина экстракционного фактора , зависящего отприconst, должна быть больше величины, определяемой условием (15.24). Это же условие справедливо и для противоточной многоступенчатой экстракции. Причем необходимо иметь в виду, что равновесная кривая может быть обращена как выпуклостью вверх, так и вниз. Из (15.24) при равенстве левой и правой частей может быть найден минимальный расход экстрагента _min. Расход экстрагента может служить параметром оптимизации: при его уменьшении снижаются затраты на регенерацию экстрагента, но увеличиваются затраты на изготовление экстрактора, так как растет число необходимых ступеней изменения концентрации.