OPOV Урок - Страница 26
Соли на органични основи (първични, вторични, третични амини, както и кватернерни амониеви основи), с помощта на които се извличат метални аниони от водни разтвори;
Неутрални екстрагенти (вода, алкохоли, етери и естери, алдехиди и кетони), екстракцията на които се извършва по различни механизми в зависимост от киселинността на изходния разтвор.
Ефективността на процеса на екстракция зависи от следните фактори:
размера на повърхността на взаимодействие между фазите,
градиента на концентрацията на екстрахираното вещество,
скорост на взаимно движение на фазите,
Колкото по-високи са тези показатели, толкова повече се увеличава скоростта на процеса и пълнотата на пречистването.
2.11.2 Начини за организиране на процеса на добив
Течната екстракция се извършва в устройства, наречени екстрактори с единичен и многофазен контакт. Биват единична (едностъпална) и многократна (многостепенна) екстракция; в този случай отделните апарати или техните секции служат като разделителни стъпала.
Единична екстракция, извършвана периодично или непрекъснато и се използва предимно за аналитични цели.
При едностепенна (еднократна) екстракция изходният разтвор и екстрагентът се смесват в миксер, след което сместа се пренася, където се извършва разделяне с образуването на два слоя - екстракт и рафинат. След това екстрактът се изпраща за регенерация.
При такова единично взаимодействие с дълго контактно време могат да се получат близки до равновесните състави на екстракта и рафината. Степента на извличане на веществото при едно извличане е ниска.
Многократната екстракция, най-разпространената в индустрията, се извършва непрекъснато и според методафазовото движение е разделено на противоток, полу-противоток и напречен ток.
Най-често се използва противотокова екстракция с един екстрагент (фиг. 2.11.2.) С броя на етапите, обикновено За трудно отделими компоненти броят на етапите достига
Фиг.2.11.2. Схема на противотокова многократна екстракция: екстрактори.
По-рядко използвани полу-обратен ток и напречен ток. При полупротивоточна екстракция едната фаза е "неподвижна" (не се движи от етап на етап), а другата. фазата последователно преминава през всички етапи на каскадата (виж по-долу), измивайки компонентите на разтвора. Полупротивотокът се използва за извличане и разделяне на компоненти, които присъстват в системата в много малки количества. Ако е необходимо по-пълно извличане на целевия компонент от първоначалния разтвор, понякога се използва екстракция с кръстосан поток (фиг. 2.11.3.): изчерпаната фаза се движи последователно по етапите на каскадата, а екстрахиращата фаза влиза във всеки етап и се извежда от него.
Фиг.2.11.3 Схема на многократна екстракция с кръстосан поток (Е-екстрактори).
В производството, по-специално в практиката на пречистване на отпадъчни води, най-често се използва многостепенна противотокова екстракция (фиг. 2.11.4.)
Фиг.2.11.4. Схема на многократна противоточна екстракция: 1 - начална отпадна вода; 2 - екстрактор; 3 - картер; 4 - пречистени отпадъчни води (рафинат); 5 - екстрагент; 6 - краен екстракт.
Първоначалната отпадъчна вода и екстрагентът идват от противоположни страни. Крайният екстракт се отстранява от първия етап на инсталацията, а пречистените отпадъчни води (рафинат) от последния етап. В същото време на последния етап отпадъчните води, най-изчерпаните от отстранения компонент, взаимодействат с пресния екстрагент, а на първия етапизходни отпадъчни води - с отстранен компонент (екстракт) близо до насищане. Това води до висока средна движеща сила на процеса и по-пълно пречистване на отпадъчните води.
Фиг.2.11.5. Инсталация за многократна екстракция за производство на лекарства
2.11.3 Екстрактори за системи
Течна екстракция, т.е. процесът на разделяне на течни компоненти с помощта на течен разтворител (екстрагент) се използва широко в процесите на рафиниране на нефт, за отделяне на ароматни въглеводороди и редкоземни елементи и др. Процесът на екстракция се извършва в апарати, наречени екстрактори.
Екстракторите се делят на гравитационни, при които взаимното движение на фазите се осъществява от силите на гравитацията, и центробежни, при които взаимодействието и разделянето на фазите се дължи на полето на центробежните сили.
Колонни (гравитационни) екстрактори
Колонните екстрактори за системата са разделени на устройства без захранване с енергия и с захранване с енергия. Първите включват: спрей, опаковани, ситови екстрактори; към втория - смесване и утаяване, ротационен, пулсиращ, вибриращ и др.
Спрей екстракционните апарати са кухи колони, в които една от фазите се движи в непрекъснат поток, а другата под формата на капки. Тези устройства са прости по дизайн, но неефективни.
Колоните с пълнеж са подобни по дизайн на колоните с пълнеж за процеси на дестилация и абсорбция. Те използват предимно пръстени Raschig като опаковка.
Ориз. 2.11.6. Ситова екстракционна колона
Фиг.2.11.7 Екстракционна колона на Шайбел
Ситовата екстракционна колона (фиг. 2.11.6.) има вертикално цилиндрично тяло 1 и перфорирани (ситови) плочи2, оборудвана с преливни устройства 3. Колоната работи по следния начин. Тежката TF фаза се подава непрекъснато през дюза 4 в колоната, спуска се в непрекъснат поток по колоната и се отстранява през дюза 7. Леката LF фаза непрекъснато навлиза през дюза 6 в колоната под долната плоча 2. След като премине през отворите на плочата, тази фаза се разпръсква и се издига под формата на капчици към следващата плоча. В горната част дисперсната фаза се коалестира в непрекъснат слой, образувайки ниво на разделяне на фазите а и се отстранява през дюза 5. По време на образуването на капки и тяхното движение се извършва процес на масообмен.
От устройствата, които работят с доставка на енергия, трябва да се отбележат на първо място ротационни екстрактори. Една от първите конструкции на ротационни екстрактори е колоната на Scheibel (фиг. 2.11.7.), Състояща се от редуващи се
смесване на 1 и утаяване на 2 секции. За смесване в смесителните секции са поставени фиксирани на вала миксери 3. Утаителните секции се пълнят с дюза (плетена мрежа с големи клетки).
В конструкцията, показана на фиг. 2.11.7., а, смесителната секция I е изолирана от утаителната секция II чрез хоризонтални статорни пръстени 1. В по-късните конструкции на колоните на Шайбел (фиг. 2.21, б) фазите се смесват от турбинни смесители 1 в областта между неподвижните пръстеновидни прегради 2 и слоя от телена мрежа 3.
Екстракторът (фиг. 2.11.8.) е колона, по оста на която е монтиран ротор под формата на вертикален вал 1 с кръгли хоризонтални дискове 2. Дисковете се въртят в секционната кухина, образувана от фиксирани върху тялото статорни пръстени 3. Роторът се задвижва от електрическо задвижване 4. LF се въвежда в апарата отдолу, а тежката фракция отгоре.
Ориз. 2.11.8. Екстракционни колони
Подпод действието на въртящи се дискове, фазите в секциите извършват сложно циркулационно движение, в което се комбинират радиално и аксиално
движение на течности. Дисперсната и непрекъснатата фаза се движат противоточно. Капките се раздробяват от дискове, изхвърлят се по периферията на колоната, сблъскват се със стените на колоната и едновременно с раздробяването на капките става тяхното сливане помежду им.
Те са обещаващо оборудване за извършване на процеси на течна екстракция. Тъй като ускорението на генерираното в тях центробежно поле превишава няколкократно ускорението на свободното падане, тези екстрактори постигат висока скорост на взаимодействие на течности, висока ефективност на масопренос и ясно разделяне на изходящите потоци.
В това отношение такива устройства са компактни, съдържат малки обеми течности, минимална опасност от пожар и експлозия и кратко време на контакт. Използват се при обработката на нестабилни, лесно емулгируеми течности, както и за смеси от компоненти с леко различна плътност.
Центробежните екстрактори могат да бъдат разделени на две основни групи:
камера или състоящ се от отделни етапи (камери), във всеки от които има последователно смесване и разделяне на противотоково движещи се фази;
при които процесът протича при непрекъснат контакт на противоточно движещи се фази.
Пример за екстрактор без налягане е центробежният екстрактор (фиг. 2.11.10), предназначен за селективно пречистване на смазочни масла. Устройството се състои от цилиндричен ротор 2, затворен в корпус 1 и поддържан от лагери 4. Роторният вал 3 се задвижва от електродвигател чрез клиново-ремъчна трансмисия 5. Устройствата за подаване на течност 6 са разположени в двата края на вала. Контактните цилиндри са поставени вътре в ротора с променлива стъпка11. Роторът е покрит с корпус 12.
Тежките TF и леките LF течни фази преминават гравитационно през устройства 6 в кухия вал, откъдето под действието на центробежни сили се придвижват: LF - по радиални канали в диск 9 към периферията на ротора, а TF - към първия контактен цилиндър от оста на апарата. LF се движи в непрекъснат поток от периферната зона към центъра на апарата, навлиза в приемния джоб 13 и се отстранява от апарата от всмукателния диск 14. TF, като се разпръсква при изтичане от отворите на вала 3, се придвижва към стените на контактния цилиндър. В периферията на ротора дисперсната фаза се отделя върху плочи 10, коалесира, образува непрекъснат слой и се изхвърля през каналите на диска 9 в приемен джоб (образуван от капака 8) за TF, откъдето се отстранява от всмукателния диск 7.
Ориз. 2.11.10. Центробежен екстрактор без налягане
Примерите включват: за първия вид екстракция - извличане на колофон и терпентин от дърво, от ферит - сода каустик, от цвекло за втори тип екстракция - отделяне на дивинил от ацеталдехид, както и пречистване на капролактам от примеси.
2.11.4 Твърдотелни екстрактори
В тези апарати екстракцията се извършва чрез периодични и непрекъснати методи. При групова работа цикълът се състои от товарене, извличане, разтоварване и подготовка за следващия цикъл.
В непрекъснато работещи устройства продуктът A + B и разтворителят C се движат в противоточен модел: C + A + Такива екстрактори се отличават с начина, по който твърдите вещества се движат в тях. И така, в екстрактора материалът се движи нагоре с вертикален шнек. В друг апарат тя се придвижва от верига със скрепери. В екстрактора за гребене твърдият компонент на сместа се премества от специални гребла, монтирани на общ вал и поставени в отделнисекции. В барабанния екстрактор твърдият материал се премества чрез въртене на барабан, оборудван със спирално монтирани гребла.
Според взаимното направление на движение на твърдата фаза и екстрагента екстракторите се разделят на правоточни и противоточни, според начина на работа - на апарати с периодично, полунепрекъснато и непрекъснато действие.
Сред екстракторите с периодично и полунепрекъснато действие.
най-често срещаните камерни устройства (реактори) с механични,
пневматично или пневмомеханично разбъркване, както и инфузионни вани с неподвижен слой от твърди частици с циркулация (перколатори) и без циркулация на екстрагента. Устройствата за екстракция в плътен слой обикновено са разположени вертикално и имат комбинирана форма: цилиндрична в основната част, форма на пресечен конус в единия или двата края (фиг. 2.11.11., а). Слой твърд материал се зарежда върху решетката отгоре, екстрагентът тече отгоре надолу; сгъваемото дъно служи за разтоварване на твърдата опора.
Ориз. 2.11.11. Партидни екстрактори: а - единичен апарат; b устройства1 - корпус; 2 - фалшиво дъно (решетка); 3 - сгъваемо дъно; 4 - фитинг за въвеждане на свеж екстрагент; 5 - фитинг за отстраняване на концентриран разтвор; 6 - помпа.
Серийното свързване на такива устройства в батерия (фиг. 2.11.11., b) ви позволява да превключите към полунепрекъсната противотокова верига. Благодарение на затворена комуникационна система е възможно периодично да се изключва един от апаратите от циркулационната система, да се освобождава от напълно изчерпан материал и да се напълва с пресен материал. Освен това този апарат отново се включва в циркулационната система и в него се подава най-обогатеният екстрагент, преминал през всички останали апарати; след това изключете следващияапарати, които преди това са получили чист екстрагент и др. С увеличаване на броя на устройствата процесът се доближава до непрекъснат.
Основните недостатъци на описаните екстрактори, които продължават да се използват широко в химическата промишленост: високи разходи за ръчен труд по време на тяхната работа, което означава загуба на екстрахируемото вещество по време на разтоварване, висока консумация на метал и трудности при регулиране на работата. Пакетните екстрактори се използват при производството на малки партиди фармацевтични препарати, настойки, плодови напитки и др. Полунепрекъснатите екстрактори (батерия от устройства) са неефективни, обемисти и трудни за поддръжка.
Непрекъснатите екстрактори включват винтови и лентови екстрактори.