Расчет однократной экстракции

Исходное сырье – смесь компонентов А и В отвечает точке F. Проведем однократную экстракцию. Если концентрация растворителя в смеси будетx_LN, то получим точкуN, на пересечении этой горизонтали с прямойFL, так как на основании следствия 3 все смеси сырьяFи растворителяLнаходятся на прямойFL. Через точкуNпроводим конодуRS, которая определяет точкиR– рафинатного иS-экстрактного растворов.

При удалении растворителя из экстрактного раствора Sполучаем экстракт Э. Точка Э лежит на пересечении прямойLSсо стороной АВ треугольника. Аналогично на пересечении прямойLRсо стороной АВ определяем точку Р , характеризующую состав получаемого рафината. Концентрации растворителя в экстрактномx_LSи рафинатномx_LRрастворах определяются горизонтальными линиями, проведенными из точекSиRдо пересечения со стороной АLтреугольника.

Можно определить все основные показатели работы процесса однократной экстракции.

Расход растворителя

откуда

Выход рафината Р

Выход экстракта Э

Э=F-P

16.4 Расчет противоточной экстракции

Для получения высоких выходов и качества целевых продуктов применяют противоточную экстракцию (рисунки 16.1 и 16.3) . В этом случае растворитель движется противотоком по отношению к сырью, обеспечивая постепенное обогащение экстрактного раствора нежелательными компонентами, которые удаляются из рафинатного раствора. В итоге рафинатный раствор будет иметь требуемый состав без дополнительного подвода растворителя как при многократной экстракции.

Для каждой i-ступени экстракции уравнение материального баланса имеет вид:

( 69)

или:

( 70)

Аналогичные уравнение балансов можно записать для каждого компонента система А, В, L. Прямые, проходящие через точки каждой пары встречных потоков:S иF,S₂и R ... LиR -образуют пучок прямых, пресекающихся в одной точкеМ. Эти линии называются рабочими линиями, т.к. они связывают потоки, встречающиеся в любом произвольном сечении.

Поскольку положение точек LиR,SиF известно, то может быть найдено и положение полюсаМна пересечении продолжения прямых FSиRLПотоки FиS = S₁связаны рабочей линией. Положение точки Sопределяется из общего материального баланса системы при заданном качестве получаемого рафинатаPи расходе растворителя, отвечающего точке N.

Потоки R₁иS=S₁относятся к равновесным, и их место на треугольной диаграмме определяется конодойR₁S. Потоки R₁иS₂- встречные, т.е. их точки лежат на рабочей линииR₁M . Пересечение прямойR₁M с бинодальной кривой даетS₂ -экстрактного раствора, стекающего со второй тарелки. Продолжая указанные построения с использованием рабочих линий и конод, получим, в конце концов, требуемый состав экстрактного раствора. Как следует из приведенных построений, число полученных конод определяет число теоретических тарелок.

Увеличение расхода растворителя вызывает перемещение точки N вверх. При максимально возможном расходе растворителя точка Nзаймет положениеN₂, так как при дальнейшем увеличении расхода растворителя точкаNвыйдет за пределы двухфазной области, и процесс экстракции прекратится. Следовательно, максимальный расход растворителя равен:

( 71)

Минимальный расход растворителя определяется из следующих соображений. При заданных составах рафината Pи сырьяFуменьшение расхода растворителя вызовет перемещение точкиNпо линииLF вниз. В связи с этим точкаS переместится вправо по верхней ветви бинодальной кривой, а полюсМбудет удаляться от вершины L. Угол, образованной рабочей линиейFM и конодой, уменьшится. Минимальный расход растворителя будет отвечать такому положению полюсаМ’, при которой крайняя рабочая линия совпадает с ближайшей конодой. В этом случае потребуется бесконечное число тарелок. Минимальный расход растворителя равен:

( 72)

x _Lmin определяется точкойN₁системы.

Фактический расход растворителя равен обычно:

( 73)