Сущность процесса экстракции

Сущность процесса экстракции

Экстракция - процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при ее обработке р-лем, к-ый хорошо растворяет извлекаемые компоненты и ограниченно или практически не растворяет другие компоненты исходного сырья.

Применение:

· очистка смазочных масел, дизельных топлив,

· деасфальтизация тяжелых нефтяныхостатков,

· извлечение аром УВ из бензинов пиролиза, продуктов риформинга или легких газойлей коксования,

· извлечение высококипящих или нелетучих комп-ов из сточных вод.

Применяемые р-ли: фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон, диэтиленгликоль, вода, жидкий пропан,бензол, диметилсульфоксид, производные морфолина и пр.

Р-р, состоящий из р-ля и извлеченных компонентов, называется экстрактным, а р-р включающий неизвлеченные компоненты и р-ль, называется рафинатным.

Извлекаемый компонент или смесь нескольких компонентов распределяется между экстрактным и рафинатным р-ми в соответствии с законом фазового равновесия:

К = х₁ / х₂,

х₁ и х₂ — концентрации извлекаемого компонента в образующихся фазах;

К — коэффициент распределения, зависящий от природы системы, состава и температуры; значение его определяется экспериментально и для данной системы он является величиной постоянной.

При выборе растворителя учитывают его избирательность (селективность) и растворяющую способность.

Повышение температуры растворения, понижение растворяющей способности растворителя и повышение его селективности достигаются добавлением в систему компонента, который хорошо растворяется в растворителе и значительно хуже — в исходной разделяемой смеси

Для повышения взаимной растворимости растворителя и исходной смеси, понижения температуры растворения и избирательности растворителя в систему добавляют компонент, хорошо растворяющийся как в растворителе, так и в исходной смеси. Скорость расслаивания определяется разностью плотностей фаз, степенью дисперсности капель и вязкостью сплошной среды.

На процесс экстракции оказывает влияние соотношение растворителя и исходного сырья. В случае небольшого количества растворителя он при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси, образуя гомогенный раствор. При большом количестве растворителя исходная смесь полностью растворяется в растворителе.

Ниже кривой растворимости находится область расслаивающихся растворов, выше — область гомогенных растворов.

t

x

Тепловой баланс абсорбера.

Поглощение комп-ов газовой смеси при абсорбции сопровождается выделением тепла, величина к-го пропорциональна массе и теплоте растворения qA поглощаемых комп-ов, к-ая в первом приближении может быть принята равной теплоте конденсации соответствующего комп-та. Если считать, что все выделившееся при абсорбции тепло пошло на увеличение темп-ры абсорбента, т.е. не учитывать некоторое повышение температуры газа и тепловые потери в окр. среду, то такое допущение дает некоторый запас в расчетах. Общее количество тепла, выделяющееся при абсорбции, равно

Выделяющееся в процессе абсорбции тепло Q_Aповышает температуру абсорбента, что приводит к ухудшению поглощения компонентов газовой смеси.

Если выделенное при абсорбции тепло не отводить, то темп-ра абсорбента на выходе из аппарата без учета нагревания газа и теплопотерь в окр. среду будет равна

где С — средняя теплоемкость абсорбента в интервале температур от ( t₀ до

t_N’; L — средний расход абсорбента в абсорбере.

Средняя температура в абсорбере

При абсорбции жирных газов, когда поглощается значительная масса газа, тепло, выделенное при абсорбции, окажется большим и приведет к недопустимому повышению темп-ры, что потребует увеличения расхода абсорбента или числа тарелок в абсорбере. Чтобы избежать этого, в одном-двух сечениях аппарата проводят промежуточный отвод тепла Q, обеспечивая тем самым на выходе из абсорбера необходимую температуру tN. При промежуточном отводе тепла темп-ра абсорбента на выходе из абсорбера будет равна

Применение промежуточного охлаждения обеспечивает более равномерное распределение температур по высоте аппарата и более благоприятные условия протекания процесса абсорбции

.

Абсорбция тощих газов.

В случае абсорбции так называемых "сухих" газов кол-во извлекаемых комп-ов невелико, что позволяет в расчетах пользоваться усредненным абсорбционным фактором А, к-ый рассчитывают как среднее геометрическое между абсорбционными факторами для низа и верха абсорбера:

В этом случае уравнение запишется в виде

Варьируя номером тарелки j от 1 до N, получим с-му равенств:

После соответствующих подстановок и преобразований получим выражение изменение концентрации на нижней тарелке.

Исключим Y_N из этого уравнения, использовав уравнение

Получим

Это уравнение можно привести к виду уравнения

если в левой части последнего прибавить и отнять

После преобразований получим уравнение Кремсера.

При заданных эффективности извлечения е и абсорбционном факторе А из этого уравнения можно определить N — число теоретических тарелок в абсорбере.

При идеальном отделении абсорбента от извлеченных компонентов, когда Y₀=0. получим уравнение для расчета коэффициента извлечения через фактор абсорбции.

Из этого уравнения может быть получено следующее уравнение для расчета числа теоретических тарелок в абсорбере:

Для компонента, у которого абсорбционный фактор А = 1, из последнего уравнения после раскрытия неопределенности получим

Зависимость между эффективностью абсорбции, абсорбционным фактором и числом теоретических тарелок, определяемая уравнением Кремсера, представлена графически на рис. Этот же график может быть использован и для расчета процесса десорбции.

Изотерма адсорбции

Равновесное состояние при адсорбции характеризуется изотермой адсорбции, она связывает количество адсорбированного единицей массы адсорбента вещества, т.е. активность (в массовых, мольных или объемных единицах) с концентрацией или парциальным давлением (в случае газовой фазы) компонента разделяемой смеси при данной температуре. Обычно изотермы адсорбции строят на основании экспериментальных данных.

Рис.1. общий вид изотермы адсорбции при разных температурах.

На рис.1 приведены типичные изотермы адсорбции для двух температур. Из анализа этих кривых следует, что активность адсорбента возрастает с увеличением концентрации или парциального давления) адсорбируемого компонента и с понижением температуры процесса.

Для описания изотермы адсорбции наибольшее распространение получили :

Уравнение Лэнгмюра

Уравнение Фрейндлиха ,

где а – активность (емкость) адсорбента; с - концентрация или парциальное давление адсорбируемого компонента; А₁, А₂ ,b, d – коэффициенты и показатели степени, зависящие от природы адсорбента и адсорбата, а так же от температуры.

Способы фильтрования

Фильтрованием называется процесс разделения суспензий и аэрозолей с использованием пористых перегородок, на поверхности которых задерживаются взвешенные в жидкости или газе твердые частицы, образующие на перегородке слой осадка. Жидкость, отделенная от осадка, называется фильтратом.

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности фильтрование применяется в процессах депарафинизации масел, производства парафина, церезина, пластичных смазок, при очистке нефтепродуктов и контактной очистке масел, для улавливания технического углерода, отделения химических реактивов и особо чистых химических веществ и других ценных продуктов от газов, отходящих от технологических установок распыливающего типа и печей кипящего слоя. Движение жидкости через пористые перегородки и слой осадка создают за счет разности давления в аппарате, являющейся движущей силой процесса.

Перепад давления может создаваться: 1) столбом жидкости над фильтрующей перегородкой (гидростатическое фильтрование); 2) избыточным давлением жидкости, например, при подаче ее насосом (фильтрование под давлением); 3) путем создания разрежения под фильтрующей перегородкой при помощи вакуум-насоса (фильтрование под вакуумом).

Разделение суспензий на фильтрах обычно состоит не только из основной операции

по фильтрованию суспензий, но в ряде случаев и из вспомогательных операций, таких как

промывка осадка (при которой с помощью специальной жидкости фильтрат выдавливается

из пор осадка), его продувка и сушка воздухом или инертным газом.

Режим при постоянном перепаде давления∆р (вакуумное фильтрование, гидростатическое фильтрование с постоянным столбом жидкости над фильтрующей перегородкой, подача суспензии центробежным насосом при постоянном избыточном давлении на выкиде насоса). При этом режиме скорость фильтрования в связи с постоянным увеличением высоты слоя осадка и ростом его сопротивления с течением времени уменьшается.

Режим при постоянной скорости С(подача суспензии на фильтр поршневым или плунжерным насосом постоянной производительности).При режиме с постоянной скоростью фильтрования слой осадка и его сопротивление постоянно увеличиваются, вследствие чего должно непрерывно расти давление поступающей суспензии, а следовательно, и перепад давления ∆р.

Эффективность разделения и производительность фильтра зависят от свойств обрабатываемой суспензии, правильного выбора типа фильтра, его оснащения и режима работы. В связи с этим для достижения оптимальных условий процесса фильтрования выбор типа фильтра, фильтровальной перегородки и режимов фильтрования должен проводиться на основе экспериментального изучения особенностей фильтрования данной суспензии на лабораторных или пилотных установках.

Вопрос 37 Расчет фильтров .

Схема и посл-сть расчета фильтра в знач-ой степени зависят от его типа и конструкции а также от режима фильтрования. Рассмотрим посл-ть расчета применительно к конструкциям фильтров периодического и непрерывного действия. Для данной суспензии при известном объемном содержании осадка х по опытным или производственным данным принимают значение сопротивлений Rф и r_o. Фильтры периодического действия. Их эксплуатация возможна при двух режимах. Режим ∆р=const При этом режиме, 1) задаются толщиной осадка h, 2)опр-ют по ур-нию прод-ть фильтрования 3) Находят объем фильтрата V1, полученного за одну операцию с 1м² поверхности фильтра при объеме осадка 1*h. 4)Рассчитывают конечную скорость в конце фильтрования и постоянную скорость промывки Cпр. 5) При известном из опыта расходе промывной жидкости Vпр определяют скорость промывки 6) Оценив время затраченное на разгрузку и сборку фильтра, определяют полную продолжительность одной операции. 7)Находят число операций в сутки 8)Рассчитывают производительность 1м² фильтра в сутки . После этого по заданной производительности рассчитываемой фильтровальной установки Vсут находят требуемую общую поверхность фильтрования. и подбирают по каталогам размер и число фильтров.

Режим C=const. При этом режиме расчет фильтрования следует вести, ориентируясь на фильтр определенного типа и размера, имеющей известную площадь поверхности F, и на поршневой или плунжерной насос с определенной подачей V_н , м³/час, задаются также предельным перепадом давлений ∆р, соответствующим конструкции фильтра и насоса. Затем выполняют следующие расчетные операции: 1) находят скорость фильтрования 2) Определяют продолжительность фильтрования . 3) Рассчитывают толщину осадка 4) Находят как и для предыдущего режима следующие параметры: продолжительность промывки

Продолжительность полной операции , число операций в сутки 5) Рассчитать производительность фильтра за одну операцию, зная производительность насоса 6) Определяют суточную производительность данного фильтра по объему суспензии

Вопрос 38. Центрифуги

Для разделения неоднородных систем –суспензий и эмульсий под воздействие центробежной силы применяется центрифугирование. Под действием центробежной силы в аппарате более тяжелые частицы отбрасываются к стенкам сосуда м неоднородная система разделяется. Использование центробежной силы вместо силы тяжести позволяет регулировать процесс разделения систем значительно его интенсифицировать, так как создаваемое значение центробежной силы может во много раз превосходить значение силы тяжести.

В процессе разделения центробежную силу можно получить вращением сосуда, содержащего неоднородную смесь, или вращением разделяемого потока , вводимого с большой скоростью в неподвижный аппарат специальной формы.

Аппараты с вращающимся сосудом - ротором носят название центрифуг и жидкостных центробежных сепараторов, неподвижные аппараты с вращающимися в них потоками газа называются циклонами, а жидкости гидроциклонами.

Стенки ротора центрифуги могут быть сплошными, тогда на их поверхности накапливается твердый осадок или тяжелая жидкость, которые периодически или непрерывно удаляются, такие центрифуги – отстойные.

Применяются также центрифуги с перфорированными стенками ротора, на поверхности которых располагается фильтровальная ткань, задерживающая осадок и пропускающая только фильтрат. Это фильтрующие центрифуги.

Суспензии можно разделять в роторах как со сплошной, таки с перфорированной стенкой, а эмульсии только в роторах, имеющих сплошную стенку.

В нефтегазаперерабатывающей и нхс применяется для отделения воды и тв частиц от нефти и нефтепродуктов, разделяя суспензии с нерастворимой тв фазой при производстве перафина, церезина и др.

Перепад давления

ΔР= Hog(ρ_Т-ρ)(l-ε₀),

где ρ_Т и ρ — соответственно плотность твердых частиц и потока.

Сущность процесса экстракции

Экстракция - процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при ее обработке р-лем, к-ый хорошо растворяет извлекаемые компоненты и ограниченно или практически не растворяет другие компоненты исходного сырья.

Применение:

· очистка смазочных масел, дизельных топлив,

· деасфальтизация тяжелых нефтяныхостатков,

· извлечение аром УВ из бензинов пиролиза, продуктов риформинга или легких газойлей коксования,

· извлечение высококипящих или нелетучих комп-ов из сточных вод.

Применяемые р-ли: фенол, фурфурол, N-метил-2-пирролидон, диэтиленгликоль, вода, жидкий пропан,бензол, диметилсульфоксид, производные морфолина и пр.

Р-р, состоящий из р-ля и извлеченных компонентов, называется экстрактным, а р-р включающий неизвлеченные компоненты и р-ль, называется рафинатным.

Извлекаемый компонент или смесь нескольких компонентов распределяется между экстрактным и рафинатным р-ми в соответствии с законом фазового равновесия:

К = х₁ / х₂,

х₁ и х₂ — концентрации извлекаемого компонента в образующихся фазах;

К — коэффициент распределения, зависящий от природы системы, состава и температуры; значение его определяется экспериментально и для данной системы он является величиной постоянной.

При выборе растворителя учитывают его избирательность (селективность) и растворяющую способность.

Повышение температуры растворения, понижение растворяющей способности растворителя и повышение его селективности достигаются добавлением в систему компонента, который хорошо растворяется в растворителе и значительно хуже — в исходной разделяемой смеси

Для повышения взаимной растворимости растворителя и исходной смеси, понижения температуры растворения и избирательности растворителя в систему добавляют компонент, хорошо растворяющийся как в растворителе, так и в исходной смеси. Скорость расслаивания определяется разностью плотностей фаз, степенью дисперсности капель и вязкостью сплошной среды.

На процесс экстракции оказывает влияние соотношение растворителя и исходного сырья. В случае небольшого количества растворителя он при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси, образуя гомогенный раствор. При большом количестве растворителя исходная смесь полностью растворяется в растворителе.

Ниже кривой растворимости находится область расслаивающихся растворов, выше — область гомогенных растворов.

t

x