Конструкція обладнання для екстрагування компонентів у системі "рідина-рідина"

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Національний авіаційний університет

Кафедра біотехнології

Курсова робота

(пояснювальна записка)

з дисципліни: Конструкція обладнання біотехнологічних виробництв

Тема: Конструкція обладнання для екстрагування компонентів у системі «рідина - рідина»

Виконала:

студентка 306 групи

Інституту екологічної безпеки

Надлер Ярини

Керівник:

Кузнєцова О. О.

Київ 2011



Вступ

Екстракцією в широкому сенсі називають процеси вилучення одного або декількох компонентів з розчинів або твердих тіл за допомогою вибірково діючих розчинників. Тому принципіальна екстракція може здійснюватися в системах тверде - рідке (наприклад, екстракція золота з руд ціаністими розчинами) або рідке - рідке. Процеси рідинної екстракції застосовуються в хімічній, нафтохімічній, фармацевтичній, гідрометалургійної та інших галузях промисловості, при отриманні рідкісних і розсіяних елементів тощо з метою вилучення цінних або токсичних речовин з розчинів, у тому числі і із стічних вод підприємств, а також для отримання концентрованих розчинів цих речовин. У гідрометалургії під екстракцією, звичайно розуміють процес рідинної екстракції, що полягає у витяганні речовини, розчиненого в одному розчину , за допомогою іншого розчинника, не змішується з першим. У якості двох таких рідких середовищ використовуються водний розчин металовмісних хімічних реагентів і органічна рідина.

Крім того, екстракцію доцільно застосовувати у випадку, якщо суміш неможливо або важко розділити ректифікацією або суміш, яку необхідно розділити, розкладається при нагріванні. Зазвичай рідинну екстракцію поєднують з ректифікацією, яку застосовують для регенерації екстрагуючої рідини, званої екстрагентом або розчинником. Основними достоїнствами процесу екстракції, в порівнянні іншими процесами поділу рідких сумішей, є: - Низька робоча температура (процес, як правило, проводиться при кімнатній тем-температурі);

- Велика швидкість масообміну між двома контактуючими фазами (внаслідок дуже значній площі їх контакту при емульгуванні органічної фази у водному розчині); - Висока селективність екстрагентів, що дозволяє розділити родинні, елементи; - Легкість розділення двох фаз (незмішувані рідини з різною щільністю); - Можливість вилучення металів з сильно розбавлених розчинів; - Скільки завгодно глибоке очищення одержуваного металу; - Можливість регенерації витрачаються реагентів; - Можливість повної механізації й автоматизації процесу.



1. Теоретична частина

1.1 Загальні відомості про екстрагування в системі «рідина-рідина»

Екстракцією називається процес поділу рідких і твердих сумішей шляхом виборчого розчинення одного або декількох компонентів у рідинах, які називаються екстрагентами. Рушійною силою переходу (дифузії) компонентів з вихідних сумішей в екстрагенти є різниця концентрацій в обох середовищах. Як і в інших процесах масообміну (абсорбція, ректифікація), цей перехід припиняється після досягнення рівноважного стану системи. Таким чином, незалежно від агрегатного стану вихідної суміші процес екстракції базується на законах дифузії і рівноважного розподілення перехідних компонентів між двома фазами.

Процеси екстракції відрізняються в конкретних випадках екстрагентами, які використовуються, і технологічними параметрами, але підпорядковуються загальним закономірностям і здійснюються в типових апаратах, які називають екстракторами.

1.2 Застосування екстрагування в системі «рідина-рідина»

У найбільших масштабах рідинна екстракція застосовується в нафтопереробній промисловості. Очищення мастильних масел від компонентів, що утворюють осад і нагар, а також створюють небажану залежність в'язкості від температури, проводиться методом екстракції. При цьому використовуються екстрагенти, які витягують небажані компоненти (смоли, асфальти), або, навпаки, цінні компоненти (парафінові з'єднання). Екстракція використовується також для розділення вуглеводнів нафти, для виділення ароматичних вуглеводнів, бутадієну, для очищення нафти від сірчистих сполук, для витягання нафтенових кислот тощо.

Органічні розчинники, які застосовуються при екстракції. Ідеальний екстрагент повинен відрізнятися наступними чинниками - Бути достатньо селективним (тобто вибірково витягувати з водних розчинів, що містять суму металів, компоненти); - Володіти високою екстракційної здатністю (поглинати в одиниці свого об'єм значну кількість екстрагучого компонента);

- Забезпечувати досить легке здійснення регенерацію екстрагента з витяганням металу з органічної фази; - Бути безпечним при роботі (не токсичним, не летючим, )

- Зберігати стійкість під час зберігання або при контакті з кислотами і лугими; - Бути досить дешевим. Знайти такий ідеальний екстрагент майже неможливо, тому зазвичай приймається компромісне рішення.

У хімічній промисловості застосовують екстракцію для вилучення оцтової кислоти з розбавлених водних розчинів, мурашиної кислоти з її азеотропної суміші з водою; аконітової кислоти з патоки; кислот, альдегідів, кетонів та спиртів з продуктів окислення природного газу; хлорбензолу у виробництві синтетичного фенолу; для знешкодження промислових стоків; для очищення їдкого натра від хлоридів і хлоратів натрію; для виділення перекису водню з продуктів каталітичного гідрування 2-етилантрахінона; для отримання високоякісної фосфорної кислоти, силіконів високого ступеня чистоти тощо. Методом екстракції користуються в коксохімічній промисловості (витяг фенолів та ароматичних вуглеводнів), в хіміко-фармацевтичній (виділення численних природних і синтетичних сполук, в тому числі антибіотиків і вітамінів); в харчовій промисловості (для очищення масел і жирів); в металургійних процесах (для витягання урану і торію,для регенерації опроміненого ядерного пального, для розділення ніобію і танталу, цирконію та гафнію, рідкоземельних елементів) і т. д.

В екстракції найбільш широко застосовуються такі типи органічних розчинників: - Вуглеводні та їх галогенопохідні; - Кисеневі з'єднання; - Фосфоровмісні з'єднання; - Азотовмісні сполуки; - Сірковмісні сполуки.

Вуглеводні та їх хлорпохідні найчастіше застосовуються як розчинники екстракційних реагентів. Внаслідок того, що вуглеводні відносяться до речовин з високою леткість, вогненебезпечних та отруйних, для промислового використання придатні тільки деякі . Найбільш вживані: бензол С6Н6; толуол, або метілбензол СН3С5Н5; газ; дизельне паливо; гексан (С6Н4), октан (С8Н | 8), бензин.

З хлорпохідних від вуглеводів найбільш вживані чотихлористий вуглець ССl4, хлороформ СНС13 і дихлорметанСН2С12. Хлорпохідні іноді приймаються як екстрагенти неорганічних сполук (наприклад, ССl4 або СНСl3 екстрагують GeCl4). Кисневовмісні екстрагенти до них відносять спирти ROH, ефіри ROR, складні ефіри R-OCO-R, кетони R-COR, -кетони RCOCH2COR (де R - органічного радикал). Екстракція успішно протікає в сильно кислих розчинах. Величина кислотності впливає на процес протікання реакції екстрагування. З простих ефірів найбільш часто застосовують діетиловий ефір С2Н5ОС2Н5 і його хлорпохідні з'єднання - хлорекс СlС2Н4ОС2Н4Сl, або (С2Н4Сl) 2О.. З аліфатичних (ациклічних) спиртів (ROH, де R -СnН (2п +1)) застосовуються бутиловий (С4Н9ОН), аміловий (С5Н11ОН), ізоаміловий, гексіловий (С6Н13ОН), октіловий (С8Н17ОН) , ноніловий (С9Н19ОН), суміш спиртів С7 - C9 ). З ациклічних спиртів (що містять у молекулах цикли кільця з трьох і більше атомів вуглецю) частіше застосовується циклогексанол С11Н11ОН. З ароматичних спиртів (що містять у молекулах циклу бензольні ядра) використовуються -нафтол і , '-нафтоли

1.3 Проведення екстракційних процесів

На рис. 1 представлені основні схеми проведення екстракційних процесів. За схемою без регенерації екстрагента (рис.1, а) вихідний розчин (фаза Ф_х + М) і екстрагент (фаза Ф_у) подають в екстракційний апарат-екстрактор, в якому проходить перенесення речовини М з фази Ф_ху фазу Ф_у. У результаті отримують екстракт (фаза Ф_у + М) і рафінат (фаза Ф_х). Схема без регенерації екстрагента в техніці зустрічається рідко.

Схему з регенерацією екстрагента (рис.1, б) застосовують частіше. За цією схемою проводять регенерацію екстрагента з екстракту та екстрагента з рафінату, якщо екстрагент частково в ньому розчинний. Очищений екстрагент знову подають на екстракцію.

За схемою, зображеною на рис.1, в, за екстракцією відбувається зворотний процес, який називають реекстракцією. При цьому органічну фазу обробляють розчинами реагентів, які забезпечують досить повний перехід цільового компоненту у водний розчин або осад і його концентрування. Продукт, який отримується при цьому,називають реекстрактом.

Таким чином, процес екстракції завжди пов'язаний з додаванням до розчину, який розділяється,екстрагента, що неминуче призводить до забруднення продуктів розділення і до необхідності наступного очищення і, як наслідок, до подорожчання процесу. Цей недолік екстракційних процесів істотно обмежує області їх застосування.

1.4 Основні способи проведення екстракції

Поділ речовин в процесі екстракції засноване на відмінності в розподілі між двома не змивними рідинами. У найпростішому випадку, коли екстрагуються речовина в обох фазах знаходиться в одній і тій же формі (так зване фізичне розподілення), застосуємо закон Нернста:, де Кd - константа розподілу. Константа розподілу Kd не залежить від концентрації екстрагуючої речовини у водній фазі і при встановленому постійному співвідношенні обсягів контактує з фази (Р: Е) при даній температурі залишається постійною величиною .

Тому в кілька послідовних циклів процесу можна досягти скільки завгодно глибоку ступінь вилучення або очищення.

Залежно від глибини вилучення з вихідного розчину розчиненої в ньому речовини, вимог, що пред'являються до рафінату і екстракту, та інших умов можливі різні варіанти проведення процесу рідинної екстракції. Проте будь-яке екстрагування обов'язково включає в себе дві основні стадії: змішування розчинника з вихідною сумішшю для створення між ними тісного контакту і розділення утвореної суміші на екстракт і рафінат. Дуже часто процес екстрагування супроводжується регенерацією екстрагента, тобто видаленням його з екстракту і рафінату. Цю стадію процесу зазвичай проводять в спеціальному регенераційному апараті

Використовуються в основному такі способи проведення екстракції: одноразова екстракція, багато кратна екстракція з перехресним і протитечійним рухом розчинника, безперервна протитечійна екстракція. Найбільше поширення в промисловості набула екстракція одним розчинником, хоча знаходить застосування і екстракція двома екстрагента.

1.4.1 Одноразова (одноступінчата) екстракція

Цей спосіб проведення екстракції полягає в тому, що вихідний розчин F і екстрагент S перемішують у змішувачі, після чого у відстійнику поділяють на два шари: екстракт Е і рафінад R. Зазвичай вважають, що в змішувачі внаслідок інтенсивного перемішування і достатнього часу контакту установлюють фазову рівновагу, тобто одноразова екстракція дозволяє досягти ефективності .

Ступінь витягу при такому методі проведення екстракції можна підвищити, збільшуючи подачу екстрагента в апарат, але це призведе до зниження концентрації екстракту і подорожчання процесу. Процес можна здійснювати як періодично, так і не перервно. При періодичній організації процесу стадію розділення екстракту і рафінату можна проводити в змішувачі. У цьому випадку відпадає необхідність у відстійнику.

Екстрактори цієї групи складаються з дискретних ступенів, у кожній з яких відбувається контакт фаз, після чого вони поділяються і рухаються протитечією в наступні ступені.

На рис. 1представлена схема одноступеневої (а) і багатоступеневої (б і в) установок одного з найпоширенішихтипівсхідчастихекстракторів-змішувально-відстійного.

Рис. 18-15. Схеми одноступінчастої (а) і багатоступеневих (б, в) установок змішувально-відстійних екстракторів: 1-змішувачі; 2-відстійник; 3-насоси

До переваг змішувально-відстійних екстракторів відносяться їх висока ефективність (ефективність кожного ступеня може наближатися до однієї теоретичної ступені поділу), можливість швидкої зміни числа ступенів, придатність для роботи в широких інтервалах зміни фізичних властивостей і об'ємного співвідношення фаз, відносно легке масштабування тощо.

1.4.2 Багаторазова екстракція з перехресним струмом розчинника

Багаторазова екстракція з перехресним струмом розчинника. При проведенні екстракції за цим способом (рис. 2) вихідний розчин F і відповідні рафінат оброблює нову порцію свіжого екстрагента S1, S2 і т.д. на кожному ступені екстракції, складається із змішувача і відстійника (на рис.2. відстійники не показані), причому рафінат направляють послідовно в слідуючі ступені, а екстракти Е1, Е2 виводять із системи. При такому способі екстрагування вихідний розчин F надходить у першу щабель, а кінцевий рафінад Rn відбирають з останньої, n-го ступеня.

Рис. 2. Схема багаторазової екстракції з перехресним струмом розчинника (1, 2,3, ..., n - ступені).

За цим способом можна практично повністю витягти з вихідного розчину компонент і отримати чистий рафінат. Однак при цьому неминучі втрати розчинника, який є у вихідному розчині, тому що в кожного ступеня відбувається часткове видалення цього розчинника з екстрактом.

1.4.3 Багаторазова екстракція з протитечійним рухом розчинника

Багаторазова екстракція з протитечійним рухом розчиника. Цей спосіб проведення екстрагування характеризується багаторазовим контактуванням в ступенях 1, 2 і т.д. при противоточному русі потоків рафінату R і екстракту E (рис. 3) за умови подачі вихідного розчину F і екстрагента S з протилежних кінців установки. Оскільки спосіб про ведення екстракції при протитичійному русі розчинника дозволяє забезпечити отримання продуктів заданої якості при досить високій продуктивності установки, цей спосіб екстрагування знаходить досить широке застосування в промисловості.

Рис. 3. Схема багаторазової екстракції з протитечійним рухом розчинника (1,2, ..., n-1. N - ступені).

1.4.4 Безперервна противотичійна екстракція

Безперервна противотичійна екстракція. Такий спосіб екстрагування здійснюється в апаратах колонного типу (наприклад, насадок). Більш важкий розчин (наприклад, вихідний) безперервно подають у верхню частину колони (рис. 4), звідки він стікає вниз..

Рис. 3. Схема безперервної противотичійної екстракції.

У нижню частину колони надходить легка рідина (в нашому випадку розчинник), який піднімається вгору по колоні. У результаті контакту цих розчинів відбувається перенесення речовини з вихідного розчину в екстрагент. Цей спосіб екстракції часто застосовується в промисловості.



1.4.5 Протитечийна екстракція з флегмою

При необхідності більш повного розділення вихідного розчину екстрагування можна проводити з флегмою за аналогією з процесом ректифікації (рис. 5). У цьому випадку вихідну суміш F подають в середню частину апарата (на щабель харчування). Після регенерації екстракту в регенераторі 2 частина отриманого продукту R0 повертають у вигляді флегми в апарат 1, а іншу частину відбирають у вигляді з вихідного розчину компонента В. Очевидно, що склади розчинів R0 і B однакові.

Таким чином, вузол 2 екстракційної установки є аналогом вузла дефлегмації ректифікаційної установки.

Рис. 4. а) (ліворуч) схема противотичіної екстракції з флегмою: 1 - екстракційний апарат, 2 - апарат для регенерації екстракту; б) схема екстракції з двома розчинниками: 1 - екстракційний апарат, 2 - апарат для регенерації екстракту. Слід зазначити, що екстракція з флегмою, покращуючи розділення вихідного розчинна, призводить до збільшення витрати екстрагента та обсягу апаратури, що здорожує цей процес. Тому вибір кількості флегми повинен проводитися на основі технічно-економічного розрахунку.



2. Обладнання для екстрагування в системі «рідина - рідина»

2.1 Класифікація обладнання

Класифікація обладнання для екстрагування заснована на різних ознаках.

За режимами роботи екстрактори поділяються на: періодичні, напівбезперервні і безперервні.

За принципом взаємодії або способом контакту фаз екстрактори поділяються на дві групи: ступінчасті та диференційно-контактні. Усередині цих груп екстрактори часто поділяють на гравітаційні (швидкість фаз в них обумовлена різницею щільності цих фаз) і механічні (при додаванні потокам енергії ззовні шляхом механічного перемішування, дією відцентрової сили, поршневим пульсаторам тощо). Практично в будь-якому з апаратів названих груп для збільшення поверхні контакту фаз одна з фаз різними способами диспергується і розподіляється в іншій суцільній фазі у вигляді крапель. Після кожного перемішування фаз в апаратах наступне наступаєсепарація цих фаз, що необхідна перш за все для регенерації екстрагента (під дією гравітаційних або відцентрових сил). В промисловості зазвичай застосовують безперервно діючі екстрактори.

За конструкцією основні типи екстракторів класифікуються за неоднорідними ознаками:

· за видом корпуса апарату - колонні та камерні, за видом транспортного органу - шнекові, лопатеві, ланцюгові, ковшеві, ротаційні, стрічкові;

· за розміщенням корпуса апарату - на горизонтальні, вертикальні та похилі.



2.1.1 Ступінчасті екстрактори

Екстрактори цієї групи складаються з дискретних ступенів, у кожній з яких відбувається контакт фаз, після чого вони поділяються і рухаються протитечією в наступні ступені.

Рис. 5. Схеми одноступінчастої (а) і багатоступеневих (б, в) установок змішувально-відстійних екстракторів: 1 - змішувачі, 2 - відстійник, 3 - насоси.

До переваг змішувально-відстійних екстракторів відносяться їх висока ефективність (ефективність кожного ступеня може наближатися до однієї теоретичної ступені поділу), можливість швидкої зміни числа ступенів, придатність для роботи в широких інтервалах зміни фізичних властивостей і об'ємного співвідношення фаз, відносно легке масштабування тощо.

Недоліками цих екстракторів є велика виробнича площа, наявність змішувачів з індивідуальними приводами, великі обсяги гравітаційних відстійних камер.

Змішувально-відстійні екстрактори великої продуктивності (до 1500 м³/год) знаходять застосування в гідрометалургії, технології урану і в різних інших багатотоннажних виробництвах.

2.1.2 Диференційно-контактні екстрактори

Екстрактори цієї групи відрізняються безперервним контактом між фазами і плавною зміною концентрації по висоті апарата. У таких екстракторах (на відміну від східчастих) рівновага між фазами по перетину апарата не досягається. Диференційно-контактні екстрактори компактніше ступінчастих і займають меншу виробничу площу.

У гравітаційних екстракторах рух фаз відбувається внаслідок різниці їх густин. До гравітаційних екстракторів відносяться розпилювальні, насадкові і тарілчасті колони.

Рис. 6. Порожні (розпилювальні) колонні екстрактори: а - з розпиленням важкої фази; б - з розпиленням легкої фази; 1 - екстрактори, 2 - розбризкувачі, 3 - гідрозатво-ри, 4-поверхні розділу фаз.

До недоліків розпилювальних екстракторів відноситься також зниження швидкості заглиблення зі збільшенням частки диспергованої фази в системі, так як при цьому знижується перетин для руху суцільний фази і збільшується винесення крапель.

Важливою перевагою розпилювальних екстракторів є можливість обробки в них забруднених рідин. Іноді ці апарати застосовують для екстрагування з пульп.

Досить широке поширення в промисловості отримали насад очні екстрактори (рис.7), які за конструкцією аналогічні насадочним абсорберам.

Рис. 7. Насадочні екстрактор: 1 - насадка, 2 - розподільник, 3 - відстійники, 4 - гідрозатвор, 5 - поверхня розділу фаз.

екстрагування рідина обладнання експлуатація

Рис. 8. Пульсаційні сітчасті екстрактори (А - важка фаза, В - легка фаза): а - пульсатор приєднаний до днища колони; б - пульсатор приєднаний до трубопроводу для подачі легкої рідини; в - пульсації передаються через мембрану; г - пульсації передаються через сильфон; д - пульсації передаються через буферний шар повітря (повітряну подушку).



Сітчасті гравітаційні екстрактори прості за конструкцією, мають досить високу продуктивність, в них відсутні рухомі частини, внаслідок секціонування (тарілками) поздовжнє перемішування в цих апаратах невелике.

Сітчасті екстрактори застосовують у виробництві синтетичного каучуку (для екстракції дивинілу), в нафтохімії (для екстракції сірководню зі зріджених газів тощо), в фармацевтичній та інших галузях промисловості.

Рис.9. Роторно-дисковий екстрактор (а) та один з варіантів його секції (б): 1-колона; 2 - кільцеві перегородки; 3 - вал ротора з плоскими дисками; 4,6 - відстійні зони для легкої і важкої фаз; 5 - розподілювач легкої фази

До механічних екстрактора відносяться диференціально-контактні екстрактори з підведенням зовнішньої енергії в контактуючі фази. Одним з поширених у техніці механічних екстракторів є роторно-дисковий екстрактор (рис.9).



2.2 Безпечна експлуатація обладнання

Техніка безпеки - система організаційних та технічних заходів та засобів, які сприяють усуненню впливу на працюючих небезпечної дії факторів, які можуть призвести до травматизму.

Усі небезпечні виробничі фактори за природою дії на людину поділяються на фізичні, хімічні, біологічні та психофізіологічні.

На підприємствах мікробіологічної промисловості широко використовуються судини, працюючі під тиском, до яких і відносяться екстрактори.

Судини, які працюють під тиском, представляють собою герметично закриту ємність або апарат, який призначений для проведення хімічних та теплових процесів, зберігання та перевезення стиснених або розчинених газів під тиском. Через те, що судини, які працюють під тиском, відносяться до обладнання з підвищеною небезпечністю, їх конструювання, виготовлення та експлуатація повинні відбуватися при суворому дотриманні вимог техніки безпеки.

Кожна судина, яка призначена для роботи під тиском, повинна мати паспорт, у який вносяться: назва заводу-виробника, дата виготовлення, величини розрахункового та граничного тиску тощо.

До експлуатації обладнання, яке працює під тиском, допускаються особи, які були навчені прийомам роботи та пройшли інструктаж з правил техніки безпеки.



3. Розрахунково-аналітична частина

3.1 Розрахунок процесу рідинної екстракції

Кількісно розподіл речовини між двома розчинниками, що не змішуються, при досягненні рівновагового стану в системі підкоряється закону розподілу:

Y_p = KX або K = Y_p/X,

де Х - концентрація речовини в розчині, що обробляється, після його контактування з іншим розчинником, який називається екстрагентом;

Y_p- рівно вагова концентрація речовини, що вилучається, в одержаному розчині (в екстракті);

K - величина, яку визначають експериментально і називають коефіцієнтом розподілу; вона показує, в скільки разів рівновагова концентрація речовини в екстракті більше, ніж в обробленому розчині (у рафінаті)

При K = 0 концентраціяY_p= 0, тобто процес екстракції не відбувається. Якщо K<1, то при рівних масах екстрагенту та вихідного розчину речовина, що вилучається, частково перейде в екстракт, але переважно буде зосереджена у рафінаті. Якщо K> 1, то речовина переважно буде зосереджуватись в екстракті і при K = ? вона повністю перейде в екстракт.

Отже, для процесу намагаються підібрати такий екстрагент, який мав би найбільший коефіцієнт розподілу. Як екстрагенти використовують органічні розчинники, які повинні мати не тільки високе значення K у цьому процесі, але були би порівняно недорогими і легко би випаровувались.

До таких розчинників належать бутилацетат, вуглеводні, наприклад, гептан та інші. Але відоме застосування і «екзотичних» екстрагентів, в тому числі рідин неорганічного походження.

Перевага їх полягає у надзвичайно високих значеннях K, що дає можливість практично повністю вилучати речовину з вихідного розчину при малих витратах екстрагенту.

Якщо знехтувати взаємною розчинністю екстрагенту та вихідного розчину, збільшенням або зменшенням маси екстракту та рафінату за рахунок переходу цільової речовини, яка міститься у нативних розчинах в дуже малих кількостях та концентраціях, то рівняння матеріального балансу одноразової екстракції зі свіжим екстрагентом, що не містить цільової речовини, можна записати так:

GX_п = LY_к + GX_к,

де індекси п та к позначають початкову та кінцеву концентрації; G та L - відповідно маси вихідного розчину (рафінату) та екстрагенту.

Якщо екстрагент вже містить речовину, то рівняння матеріального балансу має вигляд:

LY?_р + GX_п = LY_к + GX_к,

де Y?_р - концентрація речовини в екстрагенті на початку процесу.

Ефективність екстракції залежить не тільки від виду екстрагенту, але й від його співвідношенням з вихідним розчином.

3.2 Розрахунок індивідуального завдання

Завдання: Визначити діаметр безперервно діючого насадкового екстрактора для вилучення оцтової кислоти з бензолу водою (дисперсна фаза - вода, суцільна фаза - бензол). ПродуктивністьекстрактораV_c=13 м³/год. бензолу, початкова концентрація оцтової кислоти у бензолі x?=110 кг/м3, кінцева концентрація x?=1,5 кг/м³. Концентрація оцтової кислоти на виході в екстрагенті (воді) на виході з колони y?=250 кг/м3. Температура t=20°C.

Розв'язання

Визначаємо співвідношення об'ємів суцільної та дисперсної фаз, приймаючи, що вихідний екстрагент не вміщує оцтової кислоти (y?=0).

За рівнянням матеріального балансу:

В якості насадки обираємо керамічні кільця розміром 25Ч25Ч3 мм, питома поверхня яких f=200 м²/м³, вільний об'єм ?=0,74.

Для визначення об'ємної швидкості суцільної фази при екстрактора знаходимо:

с_д - густина дисперсної фази (1000 кг/м³);

с_с - густина суцільної фази (879 кг/м³);

? - граничний натяг між фазами (~34 дин/см = 34·10^-3н/м).

Об'ємну швидкість суцільної фази при заглиблення екстрактора обчислюємо за рівнянням:

1+0,875(с_д/с_с)^1/4(V_д/V_с)^1/2 = 0,894(V_с²f/g?³)^-1/4(с_с/?с)^-1/4(f??/с_сV_с²)^-0,078;

1+0,875(1000/879)^1/4(1/2,3)^1/2 = 0,894(V_с²200/9,81·0,74³)^-1/4Ч

Ч(879/1000-879)^-1/4(200·0,74·34·10^-3/879V_с²)^-0,078;

1,596 = V_с^-0,344·0,894·0,375·0,61·1,5;

Звідки:

V_с^0,344 = 0,1922;

V_с =0,008277(м³/м²·с);



Приймаємо швидкість суцільної фази на 20% нижче швидкості, яка відповідає захлинанню:

V_с = 0,8·0,008277 = 0,0066216(м³/м²·с);

Визначаємо площу розрізу екстрактора:

S =15/(3600·0,0066) = 0,629 (м²);

Звідки знаходимо діаметр екстрактора:

D = = 0.801274 (м);

Приймаємо округлено D = 0,8 (м).

Відповідь: діаметр безперервно діючого насадкового екстрактора для вилучення оцтової кислоти з бензолу водою дорівнює 0,8м.



Висновки

В даній роботі були розглянуті установки обладнання для екстрагування у системі «рідина-рідина». Розрахована задача, визначили діаметр безперервно діючого насадкового екстрактора для вилучення оцтової кислоти з бензолу водою (дисперсна фаза - вода, суцільна фаза - бензол). Отримала результат діаметр безперервно діючого насадкового екстрактора для вилучення оцтової кислоти з бензолу водою дорівнює 0,8м.

У найбільших масштабах рідинна екстракція застосовується в нафтопереробній промисловості.

Використовуються в основному такі способи проведення екстракції: одноразова екстракція, багато кратна екстракція з перехресним і протитечійним рухом розчинника, безперервна протитечійна екстракція. Найбільше поширення в промисловості набула екстракція одним розчинником, хоча знаходить застосування і екстракція двома екстрагента.

До переваг змішувально-відстійних екстракторів відносяться їх висока ефективність (ефективність кожного ступеня може наближатися до однієї теоретичної ступені поділу), можливість швидкої зміни числа ступенів, придатність для роботи в широких інтервалах зміни фізичних властивостей і об'ємного співвідношення фаз, відносно легке масштабування тощо.

Недоліками цих екстракторів є велика виробнича площа, наявність змішувачів з індивідуальними приводами, великі обсяги гравітаційних відстійних камер

До недоліків розпилювальних екстракторів відноситься також зниження швидкості заглиблення зі збільшенням частки диспергованої фази в системі, так як при цьому знижується перетин для руху суцільний фази і збільшується винесення крапель.

Важливою перевагою розпилювальних екстракторів є можливість обробки в них забруднених рідин. Іноді ці апарати застосовують для екстрагування з пульп.

Список використаної літератури

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

2. Ю. І. Сидоров, Р. Й. Влязло, В. П. Новіков. Процеси і апарати мікробіологічної промисловості. Технологічнірозрахунки. Приклади і задачі. Частина 2. - Львів: Львівськаполітехніка, 2004.- 296 с.

3. Кузьмин А.В. Справочник по расчетам относительной влажности воздуха. - Минск: Высшая школа, 1983. - 350 с.

4. Таубер Б.А. Сублимационные сушилки: учебник для вузов. - М.: Экология, 1991. - 528 с.

5.Білецький В.С., Смирнов В. О. Технологія збагачення кориснихкопалин.-- Донецьк: Східний видавничий дім, 2004.- 272 с.

6. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов: изд. 2-е. В 2-х книгах. Часть 2. Масообменные процессы и аппараты. М.:Химия, 1995.-368 с.

Размещено на Allbest.ru