Экстрагирование из твердых тел

Процесс экстрагирования в общем виде включает четыре основные стадии:

- проникновение экстрагента в поры частиц твердого тела;

- растворение целевого компонента;

- перенос экстрагируемого вещества из глубины твердой частицы к поверхно- сти раздела фаз (внутренняя диффузия);

- перенос извлекаемого вещества от поверхности раздела фаз вглубь экстраген- та (внешняя диффузия).

Движущей силой процесса является разность концентраций целевого компонента в жидкости, заполняющей поры твердого тела, и в основной массе экстрагента, находящегося в контакте с поверхностью твердых частиц.

Наиболее эффективно процесс экстракции осуществляется при противо- точном движении фаз. Главным достоинством противоточного движения явля- ется возможность достижения максимальной степени извлечения целевого компонента из твердой фазы, с одновременным получением высококонцентри- рованного экстракта. В случае прямотока концентрация ключевого компонен- та в твердых частицах никогда не станет меньше конечной концентрации экст- рагента независимо от продолжительности процесса. В это же время следует отметить, что при противоточном движении фаз коэффициент массоотдачи ча- ще всего имеет меньшие величины, чем при прямотоке. Это объясняется ухуд- шением условий смывания частиц жидкостью, что следовательно приводит к уменьшению действительной поверхности частиц, участвующих в процессе.

В промышленных аппаратах, как правило, осуществляется комбинирован- ный способ взаимодействия фаз, т.е. на отдельных участках аппарата или в от- дельных стадиях процесса наблюдается прямоток (при высоких значениях коэф- фициента массоотдачи), а весь процесс в целом приближается к противотоку.

Кроме вышеперечисленных способов взаимодействия фаз существуют также процессы идеального смешения по жидкой фазе и процессы в большом объеме жидкости. Однако эти методы в промышленных аппаратах практически не применяются.

Расчет процесса экстрагирования

В процессе экстрагирования сырье, перерабатываемое в химической про- мышленности, существенно меняет механические, теплофизические и другие свойства. Поэтому, в настоящее время получил широкое распространение ин- тервальный метод расчета, который заключается в том, что по продолжитель- ности весь процесс разбивается на 10-20 и большее число интервалов. Целью расчета процесса экстрагирования являются определение необходимой про- должительности процесса для получения заданной степени извлечения целево-

го компонента z  = C K C H из твердого тела -  прямой (проектный) расчет

или определение конечных концентраций в фазах при заданной продолжитель- ности процесса - обратный (проверочный) расчет.

Методика прямого расчета выглядит следующим образом:

1. Выбирают продолжительность интервала.

2. По известным значениям размера частиц R, величинам коэффициентов моле- кулярной диффузии D и массотдачи b рассчитывают критериальные уравне- ния Fo и Bi для каждого интервала:

Bi = b R D

- критерий Био;                                           (65)

Fo  = D t R  - диффузионный критерий Фурье.                     (66)

3. Задаются произвольным значением z н и рассчитывают изменение концен- трации на интервале, концентрацию целевого компонента в твердой и жид- кой фазах.

4. Определяют предварительную степень извлечения целевого компонента из твердого тела. Если расчетная степень извлечения целевого компонента не соответствует заданной величине, то производят интерполяцию по времени.

5. Выполняют уточненный расчет процесса и определяют конечные концентра- ции целевого компонента в экстракте и в твердом теле.