Skrzypiński, Podstawy inżynierii chemicznej, Aparaty ekstrakcyjne wstęp.pdf

(255 KB) Pobierz

716241057 UNPDF

Wykład Aparaty ekstrakcyjne

Wojciech Skrzypiński

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:

C

E

C

R

C

F’

C

C

F

F = A+B

EKSTRAKTOR

R+E

K E

E

SEPARATOR

FAZ

R

K

R

Faza cięższa

Faza lżejsza

E

k

R

k

Proces ekstrakcji przedstawiony na schemacie zilustrujmy na trójkącie Gibbsa:

1

716241057.041.png

716241057.042.png

716241057.043.png

716241057.044.png

716241057.001.png

716241057.002.png

716241057.003.png

716241057.004.png

716241057.005.png

Wykład Aparaty ekstrakcyjne

Wojciech Skrzypiński

B

E

k

F

R

M

E

k

R

C F

A

C

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 E k . Podobnie, jeśli z

rafinatu usunie się ekstrahent, to w wyniku tej operacji uzyska się roztwór A+B oznaczony na

wykresie punktem R k .

Wyjaśnienia wymaga także użycie do ekstrakcji rozpuszczalnika przedstawionego

punktem C F . Najłatwiej można to wyjaśnić na trójkącie Gibsa. Przedstawmy fragment trójkąta

w pobliżu wierzchołka C.

C E

C F’

C F

C R

C

2

716241057.006.png

716241057.007.png

716241057.008.png

716241057.009.png

Wykład Aparaty ekstrakcyjne

Wojciech Skrzypiński

Zmieszanie destylatu C R i C E daje w efekcie mieszaninę C F’ . Z kolei zmieszanie roztworu C F’

z czystym ekstrahentem C daje rozpuszczalnik C F stosowany jako ekstrahent w procesie.

Aparatura stosowana do wielostopniowej przeciwprądowej ekstrakcji ciągłej została

pokazana na poniższym diagramie.

Stopień 1. Stopień 2. Stopień 3.

Stopień n.

C

F

E

E

E

E

C F’

1

2

3

n

R

n

F

E

4

R

n-1

R

1

R

2

R

3

C F

E

R

n

C C

E

R

E

1

R

n

E

k

R

k

Jeśli każdy stopień ekstrakcyjny przedstawić jako prostokąt, to schemat tego procesu można

narysować w postaci:

D R

R k

F

R

1

R R R R

2

3

...

n-1

n

C R

1 2 3

n

...

E E E E E C C

1

2

3

4

n

F F’

C E

E k

D E

C

Na schemacie D E i D R oznaczają węzły oczyszczania surowego ekstraktu E 1 i rafinatu

R n . Z surowca F i ekstrahenta C uzyskuje się ekstrakt końcowy E k i rafinat końcowy R k .

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).

3

1

716241057.010.png

716241057.011.png

716241057.012.png

716241057.013.png

716241057.014.png

716241057.015.png

716241057.016.png

716241057.017.png

716241057.018.png

716241057.019.png

716241057.020.png

716241057.021.png

716241057.022.png

716241057.023.png

716241057.024.png

716241057.025.png

716241057.026.png

Wykład Aparaty ekstrakcyjne

Wojciech Skrzypiński

Składnik pożądany

B

E k

F

M

E

Woda A

R

C

Ekstrahent

W

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.

Proces jednostopniowy (lub krzyżowy)

W procesie jednostopniowej ekstrakcji surowca F za pomocą rozpuszczalnika

zastosowanego w ilości minimalnej (C min ) uzyskuje się mieszaninę M min . Punkt ten należy

jednocześnie do konody, czyli wyznacza skład rafinatu R min , a na drugim końcu tej konody

znajduje się punkt, który wyznacza skład ekstraktu E min .

4

716241057.027.png

Wykład Aparaty ekstrakcyjne

Wojciech Skrzypiński

Składnik pożądany

B

F

M min

E min

=R min

Woda A

C

min Ekstrahent

Pisząc regułę dźwigni dla odcinka FM min C mi n otr zymuje się:

C 

F

F

M

min

.

min

M

C

min

min

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 C min jest wyznaczana także z reguły

dźwigni dla odcinka FM min C min , lecz położenie punktu M min uzyskuje się poprzez połączenie

punktu R i takiego punktu E min , dla którego przedłużenie konody przechodzi przez punkt F.

Składnik pożądany

B

F

E min

M min

M

E

Woda A

R

C

Ekstrahent

min

5

716241057.028.png

716241057.029.png

716241057.030.png

716241057.031.png

716241057.032.png

716241057.033.png

716241057.034.png

716241057.035.png

716241057.036.png

716241057.037.png

716241057.038.png

716241057.039.png

716241057.040.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin