Одноступенчатая периодическая экстракция
Изобразим периодическую одноступенчатую экстракцию на диаграмме:
 |
Состав исходной смеси изобразизится точкой S. Составу смеси после добавления экстрагента С соответствует точка М на прямой CS. Положение точки М зависит от количества экстрагента. При перемешивании и отстаивании образуются 2 жидкие равновесные фазы, составы которых представлены точками R и E. Положение точки М и GR и GE определяются по правилу рычага:
Обозначим GS – количество исходного раствора (2-х компонентного); GC – количество экстрагента. Тогда SM/MC = GC/GS; отсюда количество экстрагента GC = GS*SM/MC . Зная положение хорды равновесия, проходящей через точку М, можно определить количество рафината: GE/GR = RM/ME; (GE + GR)/GR = (ME +RM)/ME; так как GE + GR = GM, то GM/GR = RE/ME и GR = GM*ME/RE. Тогда количество экстракта GE = GM – GR = GM – GM*ME/RE = GM*(RE – ME)/RE = = GM*RM/RE = GE. Для определения состава рафината через точки C и R проводят прямую до пересечения с АВ. Получают точку RK. Для определения состава экстракта проведём линию через СЕ. ЕК – состав экстракта. Точки RK и EK соответствуют бинарным смесям, не содержащим экстрагента. По диаграмме можно определить max и min расход экстрагента. При уменьшении количества экстрагента точка М перемещается влево и в пределе совмещается с бинодальной кривой, точкой М1. Отсюда GCmin = =GS*SM1/M1C. Аналогично для точки М2 GCmax = GS*M2S/M2C; практический расход экстрагента выбирают промежуточным между GCmin и GCmax.
Многоступенчатая прямоточная экстракция
Она применяется для лучшего выделения целевого компонента, при этом происходит многократная промывка исходного раствора растворителем. Если при этом каждый раз используется порция свежего растворителя, то экстракция называется прямоточной. Она состоит из повторяющихся несколько раз одноступенчатых операций.
Технологическая схема:
C1 C2 C3 Cn
 |  |  |  | ||||
S R1 R2 …… Rn-1 Rn
E1 E2 E3 En
С1, С2, …Сn – растворители (экстрагент);
S – исходный раствор;
Е1, Е2, … Еn – экстракт; R1, R2, … Rn – рафинат;
1, 2, … n – аппараты, где идёт перемешивание и расслоение жидкостей.
Составы и количества отдельных продуктов будем определять исходя из предположения, что каждое смешение достаточно продолжительно и между фазами устанавливается равновесие. Воспользуемся треугольной диаграммой.
Исходный раствор (т. S) и первая порция растворителя С1 дают смесь состава М1. Конода, проходящая через эту точку, определяет составы рафината R1 и экстракта Е1. Положение точки М1 можно определить по правилу рычага:
GC1*CМ1 = GS*SM1;
количество рафината в первой ступени R1 определяется из уравнения
GR1*R1M1 = GE1*M1E1;
GR1/GE1 = M1E1/R1M1;
GR1/(GE1 + GR1) = ME1/(R1M1 + M1E1);
| | |
СR1 = GM1*ME1/R1E1
т.к. GR1 + GE1 = GM1 = GS + GC1, то GR1 = (GS + GC1)*E1M1/R1E1. Аналогично:
|
| | |
.
Операция смешения и отстаивания на второй ступени представляется точкой М2, лежащей на R1C. Положение точки М2 зависит от количества растворителя С2, поданного на вторую ступень. Составы рафината R2 и экстракта Е2 лежат на коноде, проходящей через точку М2. Аналогично первой ступени могут быть определены
|
|
и CE2 = (GR1 + GC2)*R2M2/R2E2 . .
Положение точки М3, … Мn рассчитывается аналогичным образом с учётом суммарного количества смеси, подающейся на ступень.
Для осуществления процессов экстрагирования используются (виды экстракторов):
1. Смесительно-отстойные экстракторы. Наиболее распространены смесители типа аппаратов с мешалкой, инжекторные, диафрагменные, центробежные насосы.
2. Колонные экстракторы: а) распылительные экстракторы; б) насадочные экстракторы; в) экстракторы с ситчатыми тарелками; г) колонные экстракторы с механическим перемешиванием фаз (роторно-дисковый экстрактор); д) пульсационные экстракторы; е) центробежные экстракторы.