Примітки до лекції RMP

Екстракція рідиною призводить до поділу складових рідкого розчину при контакті з іншою нерозчинною рідиною. Якщо компоненти вихідного розчину по-різному розподіляються між двома рідинами, це призведе до поділу. Баланси компонентів будуть по суті ідентичними балансам для вилуговування, але є дві основні відмінності, які ускладнюють розрахунки:

фаза-носій - це рідина, а не тверда речовина, тому фізичні методи розділення будуть змінюватися, і
розвиваються дві різні фази, тому втрачається простота рівномірного розчину.

До загальних застосувань рідкої екстракції належать: відділення та очищення мастильних масел, відділення пеніциліну від ферментаційного бульйону тощо.

Екстракція зумовлена хімічними різницями, а не різницею тиску пари, і тому її можна використовувати в ситуаціях, коли перегонка недоцільна. Наприклад, його можна використовувати для розділення матеріалів із подібними температурами кипіння (так що дистиляція є непрактичним) або сумішей, що містять чутливі до температури сполуки.

Дистиляція та випаровування дають готову продукцію; екстракція рідини зазвичай не відбувається. Продукти все ще є сумішами, хоча і з новими композиціями, і їх потрібно розділити для отримання кінцевих продуктів. Вторинне розділення часто вимагає перегонки або випаровування. Таким чином, при виборі видобутку слід враховувати загальну вартість процесу.

Екстракція може стати економічною для розведених водних розчинів, коли випаровування потребує випаровування дуже великої кількості води.

Термінологія

Деякі терміни зазвичай використовуються при описі процесів видобутку. Витягуваний розчин називають подачею, рідина, яка використовується при контакті, є розчинником. Збагачений розчинником продукт є екстрактом, а виснажений корм називається рафінатом.

Процеси видобутку можуть бути одноступеневими, багатоступеневими з поперечним струмом або протитоком. Супутня видобуток не дає переваг перед одним етапом (переконайтесь у цьому!). Цей клас в першу чергу буде стосуватися протиструмових систем.

Рівновагу

Розрахунки для вилучення вимагають розуміння потрійної рівноваги. Ймовірно, вам слід оновити пам’ять про те, як читаються та використовуються трійкові схеми. Я сподіваюся, що ви дізналися про це на своєму курсі матеріального балансу.

Новим терміном, який може бути невідомим, є косичка. Ця точка розташована біля вершини двофазної оболонки, в точці перегину. Це являє собою стан, коли 3-компонентна суміш поділяється на дві фази, але фази мають однаковий склад. (Порівняйте це з азеотропною сумішшю рідини та пари.)

Існує два основних класи рівноваги рідина-рідина, які мають місце при екстракції. Система класу I - це та, яку, я гадаю, ви знайомі; він має одну пару, що не змішується, і утворює знайому оболонку. Суміші класу II мають дві пари не змішуються сполук, і тому двофазна оболонка перетинає трикутну діаграму, як міст. Суміші класу I є найпоширенішими і є кращими, тому, якщо ви можете вибрати розчинник для отримання класу I, ви зазвичай хочете це зробити. Заняття можуть змінюватися залежно від температури, тому це теж викликає занепокоєння.

Вибір розчинника

Одним з ключових рішень при розробці процесу екстракції є вибір розчинника, який буде використовуватися. Серед таких питань:

Селективність - порівняйте співвідношення рівноваги розчиненої речовини в кожній фазі
Коефіцієнти розподілу - у/х при рівновазі; великі значення кращі
Нерозчинність - розчинник не повинен бути розчинним у рідині-носії
Відновлюваність - враховуйте обмеження (тобто азеотропи)
Щільність - повинна бути різною, щоб фази можна було розділити відстоюванням
Міжфазний натяг - якщо занадто високий, рідини буде важко змішувати
Хімічна реактивність - розчинник повинен бути інертним і стабільним
В'язкість, тиск пари, точка замерзання - низькі значення полегшують зберігання
Безпека - токсичність, горючість
Вартість

Розрахунки

Як і в інших розділах, які ми обговорюємо, є два основних розрахунки:

кількість етапів, необхідних для поділу (ступінь)
кількість розчинника, необхідна для розділення (швидкість/ємність)

Оскільки рівновага LL рідко доступна в алгебраїчній формі, розрахунки, як правило, бувають ітераційними або графічними. У вас є вибір графічних підходів залежно від типу діаграми рівноваги, яку ви маєте у своєму розпорядженні (або вирішите побудувати):

Модифікований підхід Маккейба-Тіле може бути використаний, якщо доступні дані y проти x. Координатами для діаграми є масова частка розчиненої речовини у фазі вилучення та масова частка в рафінаті для іншої. Крива, як правило, увігнута донизу, починається з початку і закінчується композицією джгута.
Коли є зручна рівностороння діаграма трикутника, можна побудувати безпосередньо на трикутнику. Деякі автори називають це методом Хантера-Неша.
Можна побудувати прямокутні діаграми рівноваги. Вони дуже схожі на діаграми складу ентальпії з розрахунків дистиляції або на схеми "без твердих речовин", що використовуються при вилуговуванні.