Достоинства непрерывных экстракторов
ЭКСТРАКЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
11.1 ЗНАЧЕНИЕ ЭКСТРАКЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВ БАВ.
Процессы (и явления) экстракции в технологии БАВ используют в трёх основных аспектах.
1. Выделение полученных полупродуктов и субстанций из разбавленных растворов:
- липофильных малополярных органических протонных и апротонных продуктов из водных (водно-спиртовых) сред в неполярные и малополярные органические;
- высокополярных ионных соединений (например, соли карбоновых или минеральных кислот, кислоты, алкоголяты, феноляты, щёлочи, аммониевые соли) из неполярных органических сред в водные.
2. Очистка полученных продуктов от следов технологических примесей – например, “отмывки” органических жидких субстратов от кислотных и основных гомогенных катализаторов или реагентов (денитрация нитропродуктов; нейтрализация алкилгалогенидов, простых и сложных эфиров, получаемых с кислотным катализом; разложение кислот Льюиса в процессах алкилирования и ацилирования – и т.д.).
3. Прямое сочетание экстракции как явления массообмена с химическим превращением при проведении гетерогенных процессов в системах Ж:Ж (С-, N-, и О-алкилирование по Вильямсону; межфазный катализ – и т.д.).
8.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭКСТРАКЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ВИДЫ ПРОЦЕССОВ
ЭКСТРАКЦИИ В ТЕХНОЛОГИИ БАВ
8.3.1. АППАРАТЫ С МЕШАЛКАМИ.
В силу изложенных выше особенностей технологии ТОС в целом (доминирование периодических процессов; изменчивая номенклатура продукции) данный тип аппаратов, благодаря своему универсализму является самым распространённым во всех отраслях ТОС, в т.ч. – и в химических производствах БАВ. На аппараты-котлы приходится не менее 90 % всего парка экстракционного оборудования. Аппаратуру этого типа используют в процессах периодической и непрерывной смесительно-отстойной экстракции.
Рисунок 11.1. – Аппаратурная схема установки периодической смесительно-отстойной экстракции.
Сб-1 Сборник экстрактива.
Сб-2 Сборник экстрагента
М-3 Мерник экстрагента
Э-4 Экстрактор
ДВ-5 Делительная воронка (сепаратор-отстойник)
Сб-6 Сборник экстракта
Сб-7 Сборник рафината
Следует отметить, что в качестве экстракторов предпочтительнее использовать аппараты с тихоходными или среднескоростными – якорными, рамными, грабельными, листовыми, шнековыми -мешалками. Эти мешалки обеспечивают достаточно высокую интенсивность массопередачи. Но при этом, благодаря сравнительно невысоким градиентам скоростей течения среды, в этих аппаратах не происходит заэмульгирования (образования стойких трудноразрушаемых эмульсий) массы. Заэмульгирование приводит к резкому росту потерь продукта в эмульсионных слоях, либо вынуждает затягивать процедуры отстаивания для разрушения эмульсий.
В установках одноступенчатой (однократной) периодической экстракции в качестве делительной воронки обычно используют сам экстрактор, что экономит оборудование.
_______ ____
экстрактив →| || || | |→ экстракт
| || ||→ | |
экстрагент →|___||__ || |___|→ рафинат
Рисунок 11.2 – Операционная схема процесса одноступенчатой прямоточной экстракции
В однократной экстракцииреализуется прямоток фаз.Поэтому высокой эффективной экстракции можно достичь только в случае очень высокой экстрагируемости субстрата, что бывает в процессах экстракции с реакцией - и довольно редко. Поэтому в технологии БАВ значительно более распространены процессы многоступечатой (многократной) экстракции. Обычно используют двух- трёхкратную экстракцию последовательно порциями чистого (свежего) экстрагента. Т.о., реализуется операционная схема перекрёстного тока.
Многоступенчатая перекрёстноточная экстракция может быть периодической и непрерывной. Примером является процесс получения пантолактона в производстве витамина В3.
_______
|---------------------------------|-→ |экстракт|
__________ ____ __↑_ ____ __↑_
|экстрактив |→|| || | | || || | |
|| ||→ | |→ →|| ||→ | | _______
||__ || |____| ||___|| |____|→ |рафинат_|
↑______________________ ↑
__|________ ____|_______
|экстрагент | |экстрагент |
Рисунок 11.2 – Операционная схема процесса многоступенчатой
Перекрёстноточной экстракции
Общей чертой всех процессов смесительно-отстойной экстракции является дискретный ступен-чатый контакт фаз.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОЦЕССОВ С НЕПРЕРЫВНЫМ КОНТАКТОМ ФАЗ.
РОТОРНО-ДИСКОВЫЕ ЭКСТРАКТОРЫ
Роторно-дисковые экстракторы
представляют собой своеобразный
промежуточный по принципу действия
тип аппаратуры.
Это аппараты непрерывного действия.
При этом внутри каждой зоны смешения
существует непрырывный контакт фаз; а
между зонами контакт ступенчатый.
Рисунок 11.4 - Роторно-дисковый экстрактор
В целом режим работы РДЭ весьма сложен; работа таких аппаратов описывается моделью идеального смешения с обратным перемешиванием и проскоком.
ПУЛЬСАЦИОННЫЕ ЭКСТРАКТОРЫ
Пульсационные экстракторы
представляют собой по принципу действия
классический тип аппаратуры с непрерывным
контактом фаз.
Интенсивное диспергирование потоков и
массопередача обеспечиваются вследствие
наложения на движущиеся потоки
гармонических колебаний (пульсаций)
с амплитудой (1…10) см и частотой (1…50) Гц.
Рисунок 11.4 – Пульсационный экстрактор.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ЭКСТРАКТОРЫ.
Рисунок 11.5 – Центробежный экстрактор.
Центробежные экстракторы по устройству схожи с центробежными сепараторами (впрочем, они одновременно и являются сепараторами). Тяжелая фаза подается к оси вала, а лёгкая – к периферии тарельчатого пакета. Центробежные силы вынуждают потоки двигаться навстречу друг другу. При этом происходит диспергирование фаз, экстракция и разделение фаз.
Достоинства непрерывных экстракторов
1. В непрерывных экстракторах реализуется схема противотока; при этом режим течения фаз приближается к идеальному вытеснению.
2. Высокая интенсивность массопередачи и малое время контакта.
3. Эффективное разделение фаз.
4. Компактность, экономичность оборудования, возможность полной автоматизации процессов.
5. Соответствие GMP.