Діаграми фазового рівноваги. У процесі екстракції беруть участь принаймні три речовини: суміш взаємно розчинних двох речовин, що підлягає поділу, і розчинник, в повному обсязі змішується з сумішшю і здатний розчиняти один компонент суміші. В даному слу-чаї має місце потрійна або трехкомпонентная система, загальний склад якої завжди однозначно можна уявити точкою в рівносторонньому трикутнику.
Графічне представлення загального складу потрійних сумішей дано на рис. 412, а. Зазвичай прийнято точку, відповідну чистому розчини-телю С, поміщати в правому нижньому кутку трикутника, точку, від-
Мал. 412. Графічне представлення потрійний суміші: А- Загальний склад суміші; б-Правило пропорційності.
Ствующую чистому компоненту А з обмеженою розчинністю, -в * лівому нижньому кутку і точку, відповідну чистому компоненту В, повністю розчинного в розчиннику, -в вершині трикутника. Склад суміші будемо висловлювати в вагових частках компонентів, соответствен-но вважаючи, що довжина кожної сторони трикутника дорівнює одиниці і що точки, що лежать безпосередньо на сторонах трикутника, являють собою склади бінарних сумішей в межах від 0 до 1,0.
Одиниці. __ _____ _____ _____ _____ _____
Зіставлення загального матеріального балансу суміші з матеріальним балансом компонентів, складових суміш, дозволяє вивести следую-
ний стан: при розшаровуванні суміші F на дві фази Q і R точки нагий трикутної діаграмі, що представляють складу вихідної суміші і склади фаз Q і R, лежать на одній прямій і ставлення ваги фази Q до ваги фази R дорівнює відношенню довжин відрізків QS і RS ( рис. 412, б).
Ці положення є загальними і тому справедливі і для випадків, коли до суміші двох компонентів додається третій. Так, якщо до суміші А і В, склад якої виражається точкою Р на рис. 413, доданий компонент С, то склад потрійний суміші виразиться точкою на прямій PC, причому кількість доданого компонента С буде ставитися до колі-кість початкової суміші як відношення довжин відрізків PQ: QC.
В області, обмеженою прямий Qp і бінодальной кривої, система завжди гетерогенна (область розшаровування), в іншій частині діаграми- система гомогенна. В гетерогенної області будь-яка система буде расслаі-тися на дві співіснуючі фази, склади яких зображуються точками, що лежать на бінодальной кривої. Лінія, яка з'єднує
Точки, що представляють склади в двох фаз, що співіснують, називаються
/ Кість лінією СОПР - \ ж е н і я.
\ Нахил лінії сполучення
\ \ (Рис. 415) залежить від природи
\ \ Компонентів і визначається вели-
\ \ Чиною коефіцієнта розподілі
/ \ \ Ня k, що представляє собою
/ \ \ Відношення змістів розподіляється
/ Р fy__________ - \ ляемого між фазами компонен-
Концентрації можуть бути виражені в різних одиницях: Рис. 416. Лінії сполучення і критична вагових, об'ємних, молярних і точка змішання. ін. тому при вирішенні прак-
Тичних завдань слід відпо-відно переводити знайдене значення K в ті одиниці, в яких про-водиться розрахунок.
Мал. 417. Визначення критичної точки змішання (К).
Критичну точку змішування на бінодальной кривої порівняно просто знайти шляхом побудови на трикутної діаграмі.
Покладемо, що для даної трикомпонентної суміші речовин А, В і С положення бінодальной кривої і ліній связіA, BІ з в трикутної діаграмі відомі (рис. 417). Через точкіD, Е, F, G, Ні / проведемо лінії, паралельні боковим сторонам трикутника. Отримаємо точки Р, О, N.N ', О', Р '. Поєднуючи ці точки, отримаємо сполучну лінію, яка перетинає бінодальную криву в точці, що є критичною точкою До змішування для даної потрійної системи.
За допомогою сполучної лінії можна знайти лінії пов'язане-ня. Припустимо, що потрібно дізнатися, яка фаза співіснує з фазойR (див. Рис. 417). Проводячи з точкіRЛінію, паралельну АВ, знайдемо точку перетину цієї лінії з сполучної лінією (точкаQ '). Провівши з точкіQ'Лінію, паралельну ВС, знайдемо на бінодальной лінії точку пересеченіяS, Яка і вказує на склад фазиS, співіснують з фазойR.ЛініяRSІ буде лінією сполучення.
Ступінь зміни концентрації під час добування. При екстра-гірованіі рідини рідиною в загальному випадку, як це схематично представлено на рис. 418, а, на екстрагування надходить вихідна
Суміш, що представляє собою гомогенну рідку суміш двох або більшої кількості компонентів, і розчинник ь-рідина, яка не змішується з вихідної сумішшю і має здатність вибірково розчиняти компоненти вихідної суміші. В результаті взаємодії '' вихідної суміші з розчинником утворюються дві нові механічно поділу-лімие рідкі фази: екстракт, що представляє собою розчин 9 одного з найбільш розчинних компонентів вихідної суміші в розчини-тілі, і р а ф і н а т-залишок вихідної суміші, більш-менш звільнений-ний від компонента, витягнутого розчинником.
В результаті взаємодії вихідної суміші з розчинником виходить двофазна система, спочатку складається з шару рас-творителя і шару вихідної суміші. Так як концентрація розподіляється між фазами найбільш легко розчинної компонента у вихідній суміші більше рівноважної, а в розчиннику-менше рівноважної, компонент, найбільш розчинний в даному розчиннику, буде переходити з вихідної суміші в розчинник до тих пір, поки не буде досягнуто фазовий рівновагу між двома рідкими фазами-екстрактом і Рафінат.
Такий одноразовий контакт між вихідної сумішшю і розчинником, в результаті якого встановлюється повне фазовий рівновагу між екстрактом і Рафінат, є щабель зміни концентрації при екстрагірова-ванні, або теоретичну щабель екстракції.
Діаграма одноразового контакту, відповідного одному щаблі зміни концентрації під час добування, представлена на рис. 418, б, де лініяRDEGПредставляет собою бінодальную криву рівноваги,
39 А. р Касаткін.
F-точку, відповідну складу вихідної суміші, 5-точку, відповідну складу розчинника, Е і R-точки, відповідні рівноважним складам екстракту і рафината.
F-вага вихідної суміші в кгс; S-вага розчинника в кгс \ Е-вагу екстракту в кгс \ R-вагу рафината в кгс \ xAF-концентрація компонента А у вихідній суміші; xAs-концентрація компонента А в розчиннику; Хвf-концентрація компонента В у вихідній суміші; Хвs-концентрація компонента В в розчиннику; М-загальна вага суміші, що виходить від змішування вихідної суміші з розчинником, в кгс;
Матеріальний баланс процесу виражається рівнянням
М = F + 5 = R + Е (3-269)
На підставі правила пропорційності, викладеного вище, відношення між ваговими кількостями розчинника та вихідної суміші може бути виражено рівністю
Остання рівність дає можливість визначити положення на діаграмі точки М, що відповідає складу суміші Хм-
За рівнянням (3-270) і (3-271) можна визначити потрібну кількість розчинника для отримання суміші заданого складу хаміХВм'-
У теоретичній ступені утворюються в результаті контакту вихідної суміші з розчинником дві фази-екстракт і рафінат мають концентрації, відповідні фазового рівноваги. Положення точок Е і R на діаграмі визначається перетином лінії сполучення ER з бінодальной кривої за умови, що
Підставляючи в рівняння матеріального балансу компонента А Ехке і -Rx Ar - мохами значення M = EJrR, знаходимо кількість екстракту
І кількість рафината
При заданих величинах кількості вихідної суміші і складів вихідної суміші і розчинника, положення точки М на діаграмі визна-виділяється витратою розчинника, причому мінімальний витрата його визна-виділяється якщо точка М потрапляє в точку D, за рівнянням:
А максимальний-положенням точки М в точку G ^ no рівняння
Промислові методи екстрагування. Залежно від способу здійснення контакту між вихідної сумішшю і розчинником і чис-лом застосовуваних для даної екстракції розчинників промислові методи екстрагування можна об'єднати в такі групи:
Екстрагування перехресним струмом з одним розчинником.
Екстрагування противотоком з одним розчинником.
Екстрагування двома розчинниками.
Кожен з перерахованих методів практично може бути здійснювала-влен в апаратурі періодичної і безперервної дії. Установки періодичної дії відрізняються тим, що в них вихідна суміш і розчинник завантажуються в екстрактор періодично порційно і в процесі екстракції безперервно може виділятися тільки один компонент вихідної суміші. В установках безперервної дії завантаження як вихідної суміші, так і розчинника здійснюється безперервно і безперервно * ж виділяються обидва компонента розділяється вихідної суміші.