3 8. Практическое использования треугольной диаграммы.

При постоянном давлении зависимость состава от температуры для тройных систем изображается в виде треугольной диаграммы, т.к. полная диаграмма равновесия должна иметь три оси. Оси такой диаграммы принято располагать на сторонах равностороннего треугольника (рис.).

Вершины равностороннего треугольника соответствуют чистым компонентам А (исходной жидкости), В – экстрагируемой жидкости и С – экстрагента. На сторонах треугольника АВ, ВС и СА отложены составы двухкомпонентных смесей А + В, В + С, С + А. Любая точка, находящаяся внутри треугольника, характеризует состав трехкомпонентной смеси. Например, в точке S концентрация компонента В равна 50 % (масс.), концентрация компонента С равна 30 % (масс.), а концентрация компонента А равна 20 % (масс.). Перемещение точки S в сторону любой вершины будет сопровождаться увеличением содержания того компонента, концентрация которого на этой вершине равна 100 %. Так перемещение точки S вдоль прямой SC показывает, что в смесь добавляют экстрагент.

3 9. Как называется равновесная кривая на треугольной диаграмме состояния для экстракции?

При расчете процесса экстракции, как и для любого массообменного процесса, необходимо знание равновесных концентраций.

Рассмотрим кривую равновесия в треугольной диаграмме.

Рис. Равновесная кривая в треугольной диаграмме.

А – 100% - растворитель в исходном растворе, В – 100% - растворенное вещество, С – 100% - экстрагент.

Линии АВ, ВС, СА – характеризуют состав двухкомпонентных растворов. Пусть А и В, В и С, неограниченно растворимы друг в друге, а А и С – ограниченно растворимы.

На участке G1 и G2 любая смесь компонентов А и С расслаивается на два однородных двухкомпонентных раствора, состава которых отвечают точкам G1 и G2. Если к ним добавить В, получим трехкомпонентный расслаивающий раствор, соответствующий точкам D1 и D2. Хорда соединяющие точки D1 и D2 соответствует растворам, находящихся в равновесии друг с другом. При дальнейшим добавлении компонента В получим расслаивающиеся системы, характеризующиеся точкам Е1 и Е2 и т.д. Эти точки постепенно сближаются, наконец соединятся в точке К. Точка К– критическая точка, соответствует однофазному раствору.

Соединяя точки G1, D1, Е1, …, G2, D2, Е2 и т.д. получают равновесную (бинодальную) кривую, выше которой система однофазна и для процесса экстракции интереса не представляет.

Хорды, соединяющие точки D1 и D2 , E1 и E2 и т.д. на бинодальной кривой, называют конодами, которые непараллельны друг другу, так как компонент В неравномерно распределяется между компонентами А и С. Любая точка, лежащая на площади, ограниченной равновесной кривой кривой, соответствует двухфазной системе.

40. Какой процесс называется экстрагированием? Основные конструкции экстракторов.

Экстрагированием (экстракцией) называется процесс извлечения одного или нескольких компонентов из смеси, находящейся в жидком или твердом состоянии, путем обработки растворителем (экстрагентом), избирательным по отношению к отдельным компонентам. Для последующего выделения целевого компонента из смеси с экстрагентом применяют ректификацию или выпаривание.

Аппаратура для проведения процесса экстракции разнообразна по конструкции и называется экстракторами. Эффективность любого экстрактора в первую очередь зависит от совершенства устройств для создания большой поверхности контакта исходной жидкой смеси и экстрагента, а также от четкости разделения гетерогенной смеси на экстракт и рафинат. Большая поверхность контакта фаз достигается диспергированием экстрагента или исходной смеси, а четкость разделения использованием гравитационных и центробежных сил.

Простейшим смесительно-отстойным экстрактором является аппарат с мешалкой. В него непрерывно вводят исходный раствор и растворитель и также непрерывно выводят из него смесь в отстойник.

При переработке высокотоксичных, летучих и коррозионных реагентов присутствие в зоне экстракции мешалок является нежелательным. Поэтому перемешивание и перемещение осуществляется неподвижными устройствами, например, пульсирующим вводом фаз, установкой перегородок различной высоты для создания перепадов уровней в камерах. К таким аппаратам относятся пульсационные смесительно-отстойные экстракторы.

К группе дифференциально-контактных аппаратов относятся колонные экстракторы. Наибольшее распространение из них получили распылительные, тарельчатые и насадочные, которые можно объединить в группу экстракторов без подвода внешней энергии, называемые гравитационными.

Общим недостатком гравитационных экстракторов является недостаточно тонкое диспергирование жидкостей и малая интенсивность их перемешивания. Этот недостаток устранен в колонных экстракторах с подводом внешней энергии.

Создание продольных колебаний (пульсаций) встречным потокам жидкости способствует тонкому диспергированию жидкости интенсивному перемешиванию обеих жидких фаз. В конечном итоге, при достаточной частоте и амплитуде колебаний достигается высокая эффективность экстрагрования. Колебания создаются специальными устройствами (пульсаторами), которые бывают либо гидравлическими, либо пневматическими. Все описанное применяется в пульсационном экстракторе.

Как показала практика, более выгодным оказался метод сообщения колебаний жидкости в колонне при помощи вибрирующего набора ситчатых тарелок, сидящих на общей вертикальной штанге, которая совершает возвратно-поступательное движение (экстрактор с вибротарелками).

Центробежный экстрактор находит применение в случае, когда экстрагируется вещество, изменяющее свои химические свойства при продолжительном контакте с экстрагентом. В цилиндрическом корпусе вращается ротор в виде перфорированной спиральной ленты, концы которой прикреплены к внутреннему и наружному перфорированному цилиндру, образующими корпус ротора. Легкая жидкость поступает под напором на периферию ротора и движется к центру, проходя через отверстия наружного цилиндра и ленты. Тяжелая жидкость подается во внутренний перфорированный цилиндр ротора и движется противотоком от центра к периферии. Обе жидкости при своем встречном движении многократно перемешиваются и расслаиваются в пространстве между витками спирали. Легкая жидкость (экстракт) отводится от центра ротора, а тяжелая (рафинат) – с его периферии.