3. Методы экстракции

531

пределяемому веществу (см. выше) уравнение рабочей линии, аналогичное общему уравнению (Х,11а), имеет вид:

р—4х+4*.

Если в результате экстракции достигается равновесие фаз, то прямую из точки У⁷ продолжают до пересечения с линией равновесия в точке В. Координаты точки В выражают составы получаемых экстракта (Х_к) и рафината (У^). _ _

На диаграмме ¥—X экстракционный фактор е выражается отноше- нием наклонов линии равновесия и рабочей линии.

Масса экстрагента, необходимого для получения рафината состава Х_к

А В!?

(точка Я), определяют из зависимости -„-= = = ^а|. Масса или

* ЯР

расход экстрагента составляет:

5 = А^_ (XIII. 15)

вя

Чем больше расход экстрагента 5, тем меньше tg ос и, следовательно, тем меньше содержание экстрагируемого компонента в экстракте и рафи- нате, составы которых_соответствуют, например, точке В₁ на рис. ХН1-9, а, для которой Г_к1 <$ У_к и Х_к1 <$Х_К.

В случае недостаточного перемешивания или слишком малого времени контакта при одноступенчатой экстракции получаемые экстракт и рафи- нат не равновесны друг другу. В этом случае степень извлечения экстраги- руемого компонента определяется величиной ф.

Более сложен расчет процесса, в системах с ограниченной взаимной растворимостью компонентов.

Пусть при смешении И кг исходного раствора с 5 кг экстрагента обра- зуется М кг смеси, после расслаивания которой получают кг рафината и Е кг экстракта. Тогда материальный баланс процесса

М = Р-}-8 = Я-{-Е (XIII,16)

При расчете процесса по заданному составу исходного раствора и при- нятому соотношению массы экстрагента и массы исходного раствора нахо- дят массу экстрагента, а также массы и составы получаемых рафината и экстракта.

Воспользуемся для расчета треугольной диаграммой (рис. ХШ-9, б), причем для упрощения рассмотрим случай, когда исходный раствор обра- батывается чистым экстрагентом 5, а получаемые экстракт и рафинат не содержат экстрагента.

Для построения процесса точку И, соответствующую составу исход- ного раствора, соединяют прямой с точкой 5, выражающей состав экстр- агента. Каждая точка прямой РЗ соответствует постоянному соотноше- нию компонентов А и В исходного раствора.

По правилу рычага определяют положение точки М, пользуясь соот- р

ношением -я- = =■ Следовательно, масса экстрагента 5 . /?уи

„ РМ

° " (XIII,17)

М3

Зная положение хорды равновесия, проходящей через точку М, и

' Я Ш Я Ш

применяя то же правило рычага, находят — = = и „■ , _р ==—==■ ^г гг Р -М Я ^Е + К МЯ+МЕ

п АЛС

или , откуда масса рафината

___

Я = м-Ш- (XIII, 18)

Гл. XIII. Экстракция

Тогда масса получаемого экстракта

i

Е = М— R—M— М

ME

М

RE — ME ,

М

RM

(XIII,19)

ЯЕ #£ ЯЕ

Для определения состава рафината проводят через точки 5 и £? луч до пересечения со стороной АВ треугольника. Точка £?_к определяет состав конечного рафината. Аналогично, проводя луч через точки 5 и Е, нахо- дят точку Е_к, выражающую состав конечного экстракта. Точки £?_к и Е_к лежат на стороне А В треугольника, т. е. соответствуют бинарным смесям, не содержащим экстрагента.

Пользуясь треугольной диаграммой, можно определить также макси- мальный и минимальный расходы экстрагента. При перемещении точки М

по лучу 5^ влево (рис. ХШ-9, б) отрезки /-7И умень- шаются, а отрезки УИ5 уве- личиваются. Соответственно согласно уравнению (XIII, 17) уменьшается количество 5 экстрагента.

В пределе точка М может совместиться с бинодальной кривой (точка М_х на рис. ХШ-9, б). При этом отрезок /⁷УИ минимален, и в резуль- тате экстракции получают лишь один слой рафината. Точке М_г соответствует ми- нимальная масса экстрагента

■5шт = Г "==!" (XI П.20)

при котором концентрация распределяемого компонента В в рафинате является наи- большей.

Аналогично при переме- щении точки М вправо по

лучу 5/^ ее нижнее предельное положение выражается точкой М₂. При этом получают только слой экстракта. В данном случае масса необходи- мого экстрагента максимальна и составляет:

Рис. XIII-10. Схема многоступенчатой экстракции при перекрестием токе (а) и изображение процесса иа диаграмме У—X (6):