5.4.1.2 Материальный баланс процесса жидкостной экстракции Однократная (одноступенчатая) экстракция.

Рассмотрим одноступенчатую (однократную) экстракцию. Этот простейший метод заключается в том, что исходный раствор F и экстрагент S перемешивается в смесителе, после чего разделяется на два слоя: экстракт E и рафинат R.

F + S = E + R (5.144)

Рис. 5.52 Схема одноступенчатой экстракции.

Фазы, участвующие в жидкостной экстракции, обладают частичной взаимной растворимостью. Тогда система как минимум является трехкомпонентной. Для трехкомпонентной смеси используется треугольная диаграмма. Уравнение (5.144) можно переписать (при разделении N кг исходной смеси).

F + S = N = R + E (5.145)

Рис. 5.53 К выводу уравнения материального баланса.

Выражение (5.145) позволяет представить материальный баланс на треугольной диаграмме как процесс смешения потоков F + S = N и затем разделения этой тройной смеси состава N на потоки R + E. По правилу рычага можно записать

(5.146)

Точки при заданной F находим необходимое значение S для процесса. Соотношение потоков Е и R находят по формуле

(5.147)

Материальный баланс компонентов А и В в потоках экстракта Е и рафината R с учетом (5.142) имеет вид:

(5.148)

(5.149)

Так как сумма концентраций всех трех компонентов А, В, С равна 100%, то матбаланс по компоненту С не нужен. Учитывая, что N = E + R получим:

Разделив одно на другое получим:

(5.150)

Уравнение (5.150) является уравнением прямой линии. По уравнениям (5.144) и (5.150) можно найти состав любого потока, если известны количества и состав трех остальных потоков.

В соответствии с общим уравнением массопередачи количество проходящего из одной фазы в другую вещества М можно записать:

(5.151)

Здесь - коэффициенты массоотдачи для дисперсной фазы и сплошной фазы.

Поскольку поверхностью контакта фаз при экстракции является капли, то массоперенос осуществляется через сферическую поверхность. Очевидно, что гидродинамические условия внутри капли и в сплошной фазе различны. Поэтому массоперенос в пределах каждой из фаз не может быть описан идентичным уравнением.

5.4.1.3 Основные способы проведения экстракции Однократная (одноступенчатая) экстракция.

Многоступенчатая экстракция с перекрестным током растворителя. Исходный раствор и соответствующие рафинаты обрабатывают порцией свежего экстрагента S1 и S2 и т. д. На каждой ступени экстракции, состоящей из смесителя и отстойника, причем рафинаты направляют последовательно в следующие ступени , а экстракты Е1 и Е2 и т. д. после каждой ступени выходят из колонны.

Рис. 5.54 Схема многократной экстракции с противоточным током растворителя.

По этому способу можно полностью извлечь из исходного раствора распределяемый компонент и получить чистый рафинат. Однако, неизбежны потери растворителя, содержащегося в исходном растворе, так как в каждой ступени происходит частичное удаление растворителя экстрактом.

Многократная экстракция с противоточным движением растворителя.

Этот способ проведения экстрагирования характеризуется многократным контактированием ступени 1, 2 и т. д. при противоточном движении потоков рафината R и экстракта Е при условии подачи исходного раствора F и и экстагента S с противоположных концов.

Рис. 5.55 Схема многократной экстракции с противоположным движением растворителя.

Непрерывная противоточная экстракция. Такой способ экстрагирования осуществляют в аппаратах колонного типа (например, насадочных). Более тяжелый раствор поступает сверху, в нижнюю часть колонны поступает легкая фаза.