10.10. Матеріальний баланс екстракції
Матеріальний баланс екстракції зображається загальним для масообмінних процесів рівнянням в диференційній і інтегральній формах (див. рівняння (7.4.1)-(7.4.7)). У випадку часткової взаємної розчинності фаз L і G їх величини вже не будуть постійними по висоті апарата, а тому і відношення G/L буде змінною величиною. Звідки висновок: робоча лінія екстракції в системі координат х-у при частковій взаємній розчинності фаз не буде прямою лінією.
Рівняння матеріального балансу за загальним потоком в цьому випадку буде мати вигляд
F+S = R + E, (10.10.1)
де F, R - відповідно вагові кількості вихідного розчину і рафінату, кг/год; S,E- відповідно вагові кількості екстрагента і отриманого екстракту, кг/год. Якщо переписати рівняння (10.10.1) у вигляді
F + S = N = R + E (10.10.2),
то рівняння матеріального балансу може бути представлено графічно на трикутній діаграмі (рис. 10.10.1) як процес змішування вихідних потоків F+S (з утворенням потрійної суміші, яку зображено точкою N) і наступним розділенням потрійної суміші N на кінцеві потоки R+E.
З діаграми за правилом ричага
S/F = FN/SN, (10.10.3)
можна знайти співвідношення між кількостями отриманих потоків рафінату і екстракту
R/E = TN/RN, (10.10.1)
а також склад будь-якого з потоків, якщо задані склади і кількості трьох інших потоків.
Рис. 10.10.1. До складання матеріального балансу процесу екстракції.
10.11. Кінетика екстракції
Процеси екстракції проводять диспергуванням однієї з рідких фаз. Опором в одній з фаз можна знехтувати в деяких випадках
(10.11.1)
1) якщо
= 0 тобто βд зростає К = βсуц
Критерій Нусельта:
Nuдиф = С1·Рет (10.11.2)
, (10.11.3)
де Д - коефіцієнт дифузії речовини, що розподіляється в суцільній фазі, м2/сек; dкpaп - діаметр краплини, м; βс - коефіцієнт масовіддачі по суцільній фазі, м/сек;
2) дифузійним
опором всередині краплини знехтувати
не можливо
=
0;
Тобто збільшується коефіцієнт масовіддачі по суцільній фазі.
Коефіцієнт масопередачі може бути прийнятий рівним коефіцієнту масовіддачі
Критерій
Нусельта для дисперсної фази
, (10.11.4)
де βд - коефіцієнт масовіддачі по дисперсній фазі, м/сек; Дд - коефіцієнт дифузії речовини, що розподіляється в дисперсній фазі, м2/сек;.
3) дифузійним опором в суцільній фазі і всередині краплини знехтувати не можливо і необхідно враховувати маси як суцільного середовища, так і всередині краплини.
Коефіцієнт масопередачі розраховується за рівнянням:
(10.11.5)
або
(10.11.6)
10.12. Принципові схеми екстракції
В хімічних виробництвах використовують переважно наступні схеми екстракції: однократна екстракція, багатократна екстракція з протитоком розчинника, безперервна протиточна екстракція, ступінчаста протиточна екстракція.
Однократна екстракція
Схему однократної періодичної та безперервної екстракції показано на рис 10.12.1.
Рис. 10.12.1. Схема однократної екстракції, яка проводиться періодичним (а) або безперервним (б) способом.
Процес однократної екстракції може бути представлений на трикутній діаграмі (рис.10.12.2,а).
Рис. 10.12.2. Зображення процесу однократної екстракції на трикутній (а) і прямокутній діаграмах.
При змішуванні вихідного розчину F з розчином G утворюється потрійна суміш, яка характеризується точкою N. Після розмежування утворюються дві рівноважні фази - екстракт і рафінат, склади котрих характеризуються точками Е і R. Згідно з правилом ричала
F/G = EN/KN; (10.12.1)
R/E = EN/RN. (10.12.2)
Гранична кількість розчинника може бути знайдена за рівнянням
(10.12.3)
Рис. 10.12.3. Зображення процесу багатократної екстракції з перехресним током розчинника на трикутній діаграмі.