To tylko jedna z 12 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Aparaty ekstrakcyjne. Wstęp
Ekstrakcję można wykonywać w aparatach o działaniu okresowym i w aparatach o działaniu ciągłym. Można budować aparaty jednostopniowe i aparaty wielostopniowe. Najprostszym rozwiązaniem technicznym jest oczywiście ekstraktor okresowy stanowiący jeden stopień teoretyczny, może to być po prostu zbiornik. Trochę bardziej skomplikowany jest ekstraktor jednostopniowy o działaniu ciągłym. Instalację taką przedstawiono na poniższym rysunku:
Proces ekstrakcji przedstawiony na schemacie zilustrujmy na trójkącie Gibbsa:
Ekstrakcji poddaje się surowiec przedstawiony na wykresie punktem F. Celem procesu jest uzyskanie rafinatu o składzie przedstawionym punktem R. Poprzez dobór odpowiedniej ilości ekstrahenta C uzyskuje się mieszaninę w punkcie M, która wyznacza skład ekstraktu w punkcie E. Jeśli z ekstraktu E usunie się ekstrahent, to uzyskuje się mieszaninę składników A i B o składzie reprezentowanym przez punkt Ek. Podobnie, jeśli z rafinatu usunie się ekstrahent, to w wyniku tej operacji uzyska się roztwór A+B oznaczony na wykresie punktem Rk.
Wyjaśnienia wymaga także użycie do ekstrakcji rozpuszczalnika przedstawionego punktem CF. Najłatwiej można to wyjaśnić na trójkącie Gibsa. Przedstawmy fragment trójkąta w pobliżu wierzchołka C. Zmieszanie destylatu CR i CE daje w efekcie mieszaninę CF'. Z kolei zmieszanie roztworu CF' z czystym ekstrahentem C daje rozpuszczalnik CF stosowany jako ekstrahent w procesie.
Aparatura stosowana do wielostopniowej przeciwprądowej ekstrakcji ciągłej została pokazana na poniższym diagramie.
Jeśli każdy stopień ekstrakcyjny przedstawić jako prostokąt, to schemat tego procesu można narysować w postaci:
Na schemacie DE i DR oznaczają węzły oczyszczania surowego ekstraktu E1 i rafinatu Rn. Z surowca F i ekstrahenta C uzyskuje się ekstrakt końcowy Ek i rafinat końcowy Rk. Gdyby ekstrakt E poddać rektyfikacji w celu wydzielenia składnika B, to pozostałość będzie reprezentowana przez punkt W i będzie mieszaniną substancji A i C (może to być mieszanina jedno lub dwufazowa).
Jeśli w procesie rektyfikacji ekstraktu składnik B odbierany jest jako destylat, to korzyści energetyczne mogą wynikać ze zmniejszenia stosunku orosienia w zastosowanej kolumnie rektyfikacyjnej. Natomiast, gdy składnik B odbierany jest jako ciecz wyczerpana, to korzyści te mogą wynikać także z różnic w ciepłach parowania wody i rozpuszczalnika, o czym była mowa w poprzednim rozdziale.
Teraz przypomnijmy tylko jeszcze raz pojęcie minimalnej i maksymalnej ilości rozpuszczalnika, którą można zastosować w procesie ekstrakcji. Szczególnie istotna jest minimalna ilość rozpuszczalnika, gdyż w procesach rzeczywistych dąży się do zastosowania jak najmniejszej, ale oczywiście większej niż minimalna, ilości często drogiego ekstrahenta. Pojęcie minimalnej ilości rozpuszczalnika można bardzo łatwo zinterpretować wykorzystując trójkąt Gibbsa.
(…)
… regułę dźwigni dla odcinka FMminCmin otrzymuje się:
.
Proces wielostopniowy przeciwprądowy
W przypadku ekstrakcji przeciwprądowej należy postępować odmiennie. Jeśli założy się stężenie składnika pożądanego w rafinacie, to na wykresie zadane są punkty surowca F i rafinatu R. Wówczas minimalna ilość rozpuszczalnika Cmin jest wyznaczana także z reguły dźwigni dla odcinka FMminCmin, lecz położenie punktu Mmin uzyskuje się poprzez połączenie punktu R i takiego punktu Emin, dla którego przedłużenie konody przechodzi przez punkt F.
Stosując regułę dźwigni można zapisać:
lub To postępowanie wynika ze sposobu przedstawiania procesu wielostopniowej ekstrakcji przeciwprądowej na wykresie trójkątnym. Schemat procesu wielostopniowego przeciwprądowego przedstawiono na diagramie:
Aby zademonstrować ten proces…
…) rysuje się prostą łączącą surowiec F z ekstrahentem C. Na tym odcinku oznacza się położenie punktu M (np. korzystając z reguły dźwigni). Przez zadany punkt Rn oraz punkt M kreśli się prostą do przecięcia z linią rozpuszczalności i otrzymuje się punkt E1. Wykorzystując równanie (2) znajduje się położenie punktu Q kreśląc proste F-E1-Q oraz Rn-C-Q. Po znalezieniu bieguna operacyjnego można wykorzystywać…
… na wykresie prostokątnym, jeżeli odpowiednio wyrazi się stężenia w fazie ekstraktowej i w fazie rafinatowej.
. oraz Przy użyciu tych stężeń można napisać bilans procesu ekstrakcji jednostopniowej, w której otrzymuje się rafinat o stężeniu X oraz ekstrakt o stężeniu Y.
po przekształceniu:
Za pomocą tego równania oraz linii równowagi w układzie X, Y znajduje się składy faz po ekstrakcji. W tym celu na wykres nanosimy punkt o współrzędnych ( ). Z punktu tego kreślimy prostą pod kątem którego tangens jest równy - A / C . Punkt przecięcia prostej z linią równowagi przedstawia otrzymane w wyniku ekstrakcji równowagowe składy faz - rafinatowej i ekstraktowej.
Wielostopniowa ekstrakcja krzyżowa
Jeżeli efekt ekstrakcji jednostopniowej jest niezadowalający, wówczas stosuje się kilkakrotne kontaktowanie surowca…
… rozpuszczalnikiem. Taki proces nosi nazwę ekstrakcji wielostopniowej krzyżowej. Jeżeli jeden stopień ekstrakcji, tj. mieszalnik i odstojnik oznaczymy symbolicznie kwadratem, to schemat takiej ekstrakcji dla n - stopni będzie wyglądał następująco; W wyniku ekstrakcji otrzymujemy rafinat surowy Rn, oraz szereg ekstraktów surowych E1 , E2, ..., En. Ilości i składy rafinatów, a także ekstraktów oblicza się zakładając…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)