Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
| Практическое осуществление экстракции. Если коэффициент распределения К и отношение объемов фаз достаточно велики, то иногда металл можно извлечь и очистить за одну или две – три периодические операции экстракции. В противном случае проводят несколько операций свежим органическим растворителем. Каждый этап обработки раствора, содержащего экстрагируемое вещество, новой порцией экстрагента, называют экстракционной ступенью. Для n ступеней экстракции справедливо следующие уравнение:
Cnвод=Cисхвод [Vвод/( Vвод + КdVорг)]n , (7.5) где Cnвод – концентрация вещества в водной фазе после n операций; Cисхвод – исходная концентрация вещества в водной фазе; Vвод и Vорг – объем фаз при каждой ступени экстракции; Кd – коэффициент распределения. Анализ уравнения показывает, что наибольшее уменьшение концентрации металла в водной фазе достигается при большом значении n и малом Vорг (т. е. при многоступенчатой экстракции малыми порциями экстрагента). Однако производить большое число последовательных операций свежим растворителем невыгодно, поэтому на практике обычно используют противоточную экстракцию. При периодической противоточной экстракции (рис. 25) порции водной фазы (F – исходный раствор, R – рафинат) последовательно контактируют с порциями экстрагента (S). Эти операции повторяют необходимое число раз. Из фазы рафината последней ступени (R3) дистилляцией удаляют экстрагент, получая требуемый продукт. После каждой ступени экстракции получают экстракты (Еi) с различным содержанием ценного компонента. Недостатком периодической жидкостной экстракции является необходимость осуществления разделения фаз в том же аппарате, в котором вещества смешиваются. Наиболее приемлемым является способ непрерывной противоточной экстракции, осуществляющий непрерывное движение фаз. При непрерывной жидкостной экстракции смешивание веществ и отстаивание фаз производится в разных аппаратах или частях аппарата. В смесителях Мi происходит собственно экстракция, а разделение фаз – в отстойниках Z i . Рафинат после расслоения фаз в отстойниках передается на следующую ступень экстракции куда добавляется (непрерывно) растворитель. В каждом отстойнике получают фазу экстракта (Е 1 , Е 2 , Е 3 ), а конечная фаза рафината R3 из последнего отстойника передается в дистилляционную колонну для удаления экстрагента и получения чистого рафината. Наиболее приемлемым является способ непрерывной противоточной экстракции, когда вместо движения порциями используют непрерывное движение фаз. 3. Схемы и конструкции промышленных экстракторов При практическом осуществлении непрерывной противоточной экстракции важно определить число теоретических ступеней, необходимых для достижения заданных показателей, например степени извлечения. Число ступеней многоступенчатой противоточной экстракции можно определить графическим методом по изотерме экстракции (линия изменения концентрации компонентов в экстрагенте в зависимости от их концентраций в исходном растворе при равновесных условиях) и так называемой рабочей линии. Изотерма экстракции проходит через начало координат и определяется уравнением Y = KX (7.6) где К – коэффициент распределения вещества; Y – концентрация извлекаемого вещества в равновесной органической фазе; Х – концентрация извлекаемого вещества в равновесной водной фазе. Классификация экстракторов. Промышленные экстракционные аппараты можно подразделить на периодически и непрерывно действующие, а по принципу взаимодействия или способу контакта фаз - на дифференциально-контактные и ступенчатые. Дифференциально-контактные экстракторы отличаются непрерывным контактом между фазами и плавным изменением концентраций вдоль длины (высоты) аппарата. Они компактны и не требуют большой производственной площади. Вместе с тем, в аппаратах этого типа может происходить значительное уменьшение средней движущей силы за счет продольного перемешивания. Ступенчатые аппараты состоят из дискретных ступеней, в каждой из которых осуществляется контактирование фаз, после чего они разделяются и движутся по принципу противотока в последующие ступени. Продольное перемешивание в этих аппаратах значительно слабее, чем в дифференциально-контактных, а эффективность ступеней высокая. Однако необходимость разделения фаз между соседними ступенями может приводить (при плохо отстаивающихся системах) к существенному увеличению размеров аппарата и объема находящегося в нем экстрагента. Экстракторы классифицируют по роду сил, под действием которых осуществляется диспергирование одной фазы в другой: под действием гравитационных сил (разности плотностей фаз) и под действием внешней энергии. Введение внешней энергии возможно путем сообщения жидкости колебательного движения (пульсации или вибрации), перемешивания механическими мешалками, контактирования в поле центробежных сил.. Гравитационные экстракторы. Движение взаимодействующих жидкостей происходит под действием разности плотностей фаз. Поверхность контакта фаз в них образуется за счет собственной энергии потоков. К гравитационным экстракторам относятся распылительные, ситчатые и насадочные колонны. Все гравитационные экстракторы отличаются простотой конструкции (обусловленной отсутствием движущихся частей) и низкой стоимостью эксплуатации. Производительность гравитационных экстракторов (особенно распылительных) относительно высокая, но интенсивность массопередачи в них низкая. Рис. 7.6. Ситчатый экстрактор 1-поверхность раздела фаз; 2-граница коалесценции капель; 3- подпорный слой; 4- перфорационная тарелка; 5- переливное устройство Ситчатые гравитационные экстракторы (рис.7.6) отличаются высокой производительностью (уступая лишь распылительным колоннам), а также надежностью в работе. Благодаря секционированию продольное перемешивание в этих экстракторах невелико. Вместе с тем, они не пригодны для обработки жидкостей с малой разностью плотностей. В насадочных колоннах для уменьшения продольного перемешивания экстракционную колонну заполняют насадкой, которая служит одновременно для ускорения протекания процессов коалесценции и диспергирования капель дисперсной фазы. Насадочные колонны используют в основном для систем, не имеющих твердой фазы. В них можно достичь степени извлечения, соответствующей нескольким теоретическим ступеням разделения. Колонные экстракторы с вводом энергии. Роторные колонные экстракторы - роторно-дисковые, роторные с мешалками и горизонтальные роторные получили широкое распространение в промышленности. Основными достоинствами этих аппаратов являются: - Высокая интенсивность массопередачи, в том числе при обработке трудноэкстрагируемых систем, состоящих из жидкостей с повышенной вязкостью и отличающихся большими значениями отношения межфазного натяжения к разности плотностей фаз; - Гибкость в работе, обусловленная возможностью варьирования интенсивностью массопередачи и производительности, за счет изменения частоты вращения ротора; - Возможность эксплуатации аппаратов большой единичной мощности, отличающихся высокой надежностью в работе; - Малая чувствительность к умеренным содержаниям примесей твердой фазы в жидкости.
жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|