Особенности многокомпонентной экстракции

На практике чаще приходится иметь дело с многокомпонентной экстракцией, так как даже при извлечении одного целевого компонента из бинарной исходной смеси чистым экстрагентом в каждой фазе присутствуют все три компонента вследствие частичной растворимости экстрагента S и растворителя А. Кроме того зачастую сама исходная смесь является многокомпонентной и экстрагируемых компонентов может быть несколько. В качестве экстрагента также могут использоваться смеси различных веществ.

Условия равновесия для многокомпонентной двухфазной системы жидкость жидкость имеют вид (12.61). Полагая, что в равновесии находятся фазы рафината и экстракта, эти условия можно записать следующим образом

где . (15.25)

Как уже отмечалось в разделе 12.1 определение коэффициентов активности, особенно в многокомпонентных смесях, представляет сложную задачу. Для систем жидкость-жидкость лучше всего с этой целью использовать модельные уравнения НРТЛ с параметрами, найденными по равновесию в бинарных смесях жидкость жидкость [46].

Для определения составов экстракта и рафината при проведении простейшего способа одноступенчатой непрерывной экстракции необходимо дополнить уравнения равновесия (15.25) уравнениями материального баланса

, (15.26)

. (15.27)

Поскольку в данном случае не удается подобрать единицы измерения расходов фаз, неизменных в ходе процесса, то для записи потоков применены мольные расходы (моль/с), позволяющие использовать в уравнениях покомпонентного баланса (15.27) мольные доли, как и в уравнениях равновесия (15.25). Учитывая, что сумма мольных долей в каждой из фаз равна единице, независимыми из них являются (n 1). Таким образом, система уравнений (15.25) (15.27) содержит 2n уравнений и 2n неизвестных ( , , ). Надеяться на ее аналитическое решение вряд ли приходится, так как коэффициенты активности являются функциями составов рафината ( ) и экстракта ( ). В связи с этим используются численные методы решения.

Графическое решение системы уравнений (15.25) (15.27) для многокомпонентной экстракции не столь наглядно, как для бинарной и резко усложняется с увеличением числа компонентов. Так изображение процесса экстракции в трехкомпонентной смеси возможно с помощью плоской треугольной диаграммы, а для четырехкомпонентной пространственной тетраэдрической. С развитием вычислительной техники становится очевидным преимущество численных методов решения задач многокомпонентной экстракции.

Записывая систему уравнений (15.25) (15.27) для каждой ступени многоступенчатой перекрестной и противоточной экстракции можно найти соответствующие решения. Расчет непрерывной противоточной многокомпонентной экстракции может проводиться на основе алгоритмов, изложенных в разделах 12.8.3, 12.8.4. Особенностью систем с частичной растворимостью экстрагента является наличие его не только минимального, но и максимального расхода. Это объясняется тем, что при расходе экстрагента больше максимального происходит полное растворение в нем исходной смеси без расслоения на фазы и процесс экстракции теряет смысл. Для полного разделения n-компонентной исходной смеси с помощью поочередного воздействия различных экстрагентов, как и в случае ректификации, потребуется (n 1) каскад многоступенчатых экстракторов или (n 1) аппарат для непрерывной экстракции.