Равновесие в процессе экстракции

Бинодальная кривая (равновесная, кривая распределения) отделяет гомогенную область над ней от гетерогенной под кривой. Любая точка в гетерогенной зоне характеризует неустойчивую систему, которая существует только при перемешивании. Когда перемешивание прекращается, происходит расслаивание. При расслаивании образуются

экстрактные растворы Е и рафинатные R.

Хорошо растворимый компонент концентрируется в экстрактном растворе, а плохо растворимый в рафинатном.

Бинодальная кривая изменяется с изменением температуры. Взаимная растворимость компонентов с повышением температуры увеличивается, поэтому гетерогенная область уменьшается, и при достаточно высоких температурах (критическая температура) эта область может исчезнуть. Давление на равновесие при экстракции не влияет, т.к. жидкости не сжимаемы.

Для достижения равновесия необходимы: длительное и интенсивное перемешивание, и длительное разделение фаз при постоянстве температуры в объеме и во времени. Данные по равновесию представляют на графиках или в таблицах.

Бинодальную кривую строят по концам нод (R₁, E₁); (R₂, E₂); (R₃, E₃). Если имеется бинодальная кривая, то положение нод определено.

Одноступенчатая экстракция

Для определения min расхода растворителя проводим прямую через точки F и С и находим точку М₁ на пересечении этой линии с равновесной.

По правилу рычага

Минимальный расход растворителя

где F – расход сырья.

Максимальный расход растворителя

.

Действительный расход растворителя

где - коэффициент избытка растворителя

< < .

Проведя ноду через точку М, на ее концах находим точки Е и R, которые характеризуют составы равновесных рафинатного и экстрактного растворов.

Количество полученных растворов находим по правилу рычага:

;

.

Проводим прямую через точки R и С и на стороне АВ находим точку R´ которая характеризует состав рафината.

Количество полученного рафината:

Аналогично находим состав экстракта, проводим прямую через С и Е и находим Е´.

другой растворитель.

При одноступенчатой экстракции хорошее качество рафината можно получить при очень большом расходе растворителя за счет увеличения энергозатрат. Если провести касательную к бинодальной кривой через точку С, то на стороне АВ найдем точку Fпред.. которая характеризует предельный состав сырья. Если точка состава сырья лежит

на отрезке F_пред В, то при смешении с растворителем расслаивания не произойдет.

Для решения этой задачи можно подобрать другой растворитель, в котором лучше будет растворяться компонент А. Можно изменить положение бинодальной кривой, изменяя температуру экстракции.

Вывод: при одноступенчатой экстракции происходит грубое разделение с большими затратами. Для снижения затрат и повышения качества очищаемого продукта используют многоступенчатую экстракцию.