3. Методы экстракции

535

2. ступень

п-я ступень

4- Е₃ — Я_а £_а или Я₁ — Е₂ = —*£₃ = Р

Пп-1 4” “5 — Кп + Еп ИЛИ Яп-1 Еп —¹ Яп -

Из баланса для первой ступени следует, что если смесь, состав которой характеризуется точкой Е_г, будет смешана со смесью, состав которой от­вечает точке Р, то образуется новая смесь И ~ Р + Е_г, причем все три точки И, Р и Е_г, согласно правилу смешения (правило рычага), должны лежать на одной прямой. Аналогично на одной прямой должны лежать точки #!, Р и Е₂, Я₂, Р и Е₃ и т. д. Отсюда вытекает, что если разность количеств любых двух смесей есть величина постоянная, равная Р (см. балансы для ступеней), то на треугольной диаграмме прямые, соединя­ющие точки, которые выражают составы этих смесей, пересекутся в одной точке Р,, называемой полюсом.

Это свойство треугольной диаграммы используют для определения числа теоретических ступеней. Очевидно, линии Е₁Р, Е₂Я_г, Е₃Я₂, . . . . . ., БЯ_п ^ПР^{И их} продолжении должны пересекаться в полюсе Р, причем, в случае пересечения их вне поля диаграммы, этот полюс будет соответ­ствовать некоторому гипотетическому раствору (смеси), фактичски. не участвующему в процессе.

Примем,' что исходный раствор и экстрагент состоят из трех компо­нентов (А + В + С), их составы заданы и выражаются точками ? и 5 на треугольной диаграмме (см. рис. XIII-13). Кроме того, заданы составы конечных экстракта (точка ^1) и рафината (точка Я_п).

Для построения числа теоретических ступеней соединяем точки ЕI и /⁷, а также Б и Я_п прямыми, которые при их продолжении, как указыва­лось выше, должны пересечься в полюсе Р.

На хорде равновесия, проходящей через точку Е_х, находят точку Я1 —• точку пересечения этой хорды с левой ветвью бинодальной кривой, выра­жающую равновесный с Е_х состав рафината, выходящего из первой сту­пени. Таким образом, хорда Е₁Я₁ соответствует одной теоретической сту­пени экстракции.

Через точки Р и £?х проводят прямую, продолжая которую до пересече­ния с правой ветвью бинодальной кривой находят состав рафината, вы­ходящего со второй ступени. Прямая Е_гЯ_г соответствует второй теорети­ческой ступени.

Затем по хорде Е₂Я ₂ определяют состав рафината Я₂, соединяют точки Р и Я₂ и продолжают до пересечения с бинодальной кривой (точка Е₃). Такое построение продолжают до получения конечного рафината Я_п заданного состава. Число хорд равновесия, заключенных между край­ними лучами РЕ₁ и РБ, определяет число необходимых теоретических ступеней. На рис. ХШ-13 расчетное число теоретических ступеней равно трем.

Удельный расход экстрагента 5/^, т. е. расход, приходящийся на 1 кг исходного раствора, находят, проводя линию смешения исход­ного раствора и экстрагента и определив на ней с помощью правила ры­чага положение точки М (положение этой точки можно найти также по пересечению прямых ^5 и ЕхЯ_п).

Удельный расход экстрагента составляет:

(XIII,25)

Р МБ

Выход рафината заданного состава зависит от удельного расходг экстрагента Б/Е. Чем меньше расход экстрагента, тем больше выход рафи ната, однако тем большее число ступеней требуется для осуществление

Гл. XIII. Экстракция

процесса. Если при экстрагировании (рис, ХІІІ-14) удельный расход

агента является минимальным.

Действительно, при любом меньшем расходе экстрагента, соответ-

Ш\

ствующем, например, отношению отрезков на диаграмме, будет

получен менее чистый конечный, рафинат Я'_п, чем задано, т. е. чем рафи- нат, характеризуемый точкой Я_п.

Когда удельный расход экстрагента минимален, хорда равновесия £]£?! при продолжении совпадает с лучом Р/⁷. Это означает, что на конце аппарата со стороны входа питания (исходного раствора) движущая сила

ного расхода экстрагента Рис. ХШ-14. К определению удельного расхода (точки М ₂, М₃ И т. Д.), КОН-

падать, а необходимое число теоретических ступеней — уменьшаться. Очевидно, максимальный расход экстрагента будет соответствовать экс­тракции в одной ступени.

Поэтому принимая, в соответствии с рис. XIII-13, что число требуемых теоретических ступеней равно трем, проводят хорду равновесия /?„Е₃, которая пересекается с прямой ^5 в точке М_ъ. Отрезок ЕМ₃ выражает максимальный расход экстрагента, а максимальный удельный расход

В каждом конкретном случае расход экстрагента выбирают промежу­точным между его минимальным и максимальным расходами и соответ­ствующим наиболее экономичному проведению процесса.

Многоступенчатая противоточная экстракция с флегмой. Для того чтобы повысить степень разделения исходного раствора на компоненты, при экстракции, по аналогии с ректификацией, используют иногда оро­шение аппарата флегмой. В процессах экстракции без применения флегмы концентрация экстракта, выходящего из многоступенчатого аппарата, не может быть выше равновесной, соответствующей концентрации исход­ного раствора, что ограничивает степень разделения. При использовании флегмы (рис. ХШ-15) экстракт Е_г направляется, как обычно, в установку для регенерации, где из него отгоняют возможно большее количество экстрагента 5_рег. Однако в данном случае установка для регенерации является аналогом дефлегматора в процессе ректификации. Выходящий из нее остаточный продукт делится на две части: одна часть отводится в виде экстракта Е_к, а другая часть возвращается в аппарат в виде флегмы £фл- Поток флегмы, поступающей в аппарат на стороне отбора экстракта, вымывает из последнего частично или полностью растворенное в нем некоторое количество исходного растворителя (компонента А), причем удаленный из экстракта компонент А в конечном счете переходит в рафинат. В результате степень разделения увеличивается и выход ра- фината возрастает.

в

равна нулю. Следовательно, так же как при ректификации с минимальным флегмовым числом, для заданного раз- деления потребуется беско- нечно большое число теоре- тических ступеней.

По мере перемещения точ- ки М вправо по линии ЕБ, т. е. при увеличении удель-

экстрагента.

центрации получаемых ,экс- трактов Е₂, Е$, . . . будут

последнего составляет