Способы экстракции и растворения
Основными способами экстракции и растворения, применяемыми в химической технологии, являются:
1) замкнутый периодический процесс;
2) прямоточный и противоточный процессы;
3) процесс в неподвижном слое (фильтрационно-проточный или перколяционный).
Замкнутый периодический процесс проводится в аппарате с механическим или пневматическим перемешиванием. Пневматическое перемешивание позволяет в случае необходимости использовать перемешивающий агент (воздух) в качестве окислителя. При достаточно интенсивном перемешивании твердые частицы быстро движутся с изменяющейся по направлению и величине скоростью, то отставая от потока омывающей их жидкости, то опережая его. В этих условиях возникает переменная во времени скорость обтекания, обусловленная инерцией твердых частиц. При таком инерционном режиме создаются благоприятные условия для ускорения процессов растворения и экстракции, несмотря на то, что движущая сила процесса снижается по мере приближения к состоянию равновесия.
При слабом перемешивании твердые частицы находятся в жидкости во взвешенном состоянии, т.е. в течение довольно длительного времени движутся поочередно в восходящем и нисходящем потоках жидкости. При этом вся их поверхность омывается жидкостью, но скорость обтекания в данном случае возникает за счет силы тяжести частиц и уступает по величине соответствующим скоростям при инерционном режиме.
Замкнутые нестационарные процессы экстракции, проводимые в аппарате с мешалкой, малоэффективны вследствие присущих им недостатков, общих для всех периодических процессов.
|
Прямоточный и противоточный процессы, проводимые в аппаратах непрерывного действия, широко распространены. В принципе экстракцию и растворение можно проводить непрерывно в аппарате с мешалкой путем непрерывного подвода в аппарат твердой и жидкой фаз и отвода их из него. Однако осуществление непрерывного процесса таким способом неизбежно приведет к падению интенсивности вследствие того, что поступающий в обработку твердый материал будет взаимодействовать с раствором, концентрация которого в аппарате, вследствие интенсивного перемешивания, близка к концентрации насыщения. Это вызовет значительное снижение движущей силы и соответственно — скорости экстракции по сравнению со средней скоростью (за одну операцию) в периодическом процессе, где аналогичные условия создаются только на конечной стадии процесса. Кроме того, в одиночном аппарате возможен «проскок» некоторой части твердых частиц, в результате чего время пребывания может оказаться недостаточным для достижения высокой степени извлечения экстрагируемого вещества.
В связи с этим экстракцию и растворение проводят в каскаде последовательно соединенных аппаратов с мешалками, через которые пульпа движется самотеком (рис. XVI-12). При работе по такой прямоточной схеме движущая сила процесса постепенно снижается от ступени к ступени, но не в такой степени, как в одном аппарате с мешалкой, где со свежим растворителем смешивается конечный концентрированный раствор. При числе ступеней, обычно не превышающем 3-6, в таких установках достигается достаточно высокая степень извлечения.
Более эффективным является проведение непрерывных процессов экстракции по принципу противотока. При движении твердых частиц навстречу потоку жидкости в батарее аппаратов на конце установки, где вводится свежий растворитель, последний взаимодействует с проэкстрагированным в значительной степени материалом, а на другом ее конце исходный твердый материал обрабатывается концентрированным раствором. При этом достигается более равномерная работа аппаратов: на конце установки, соответствующем вводу растворителя, удается повысить степень извлечения из глубины пор твердого материала, а на противоположном конце — эффективно использовать концентрированный раствор для экстракции с поверхности кусков (зерен) твердого материала. В итоге повышается концентрация раствора, уменьшается расход растворителя и увеличивается производительность аппаратуры.
В противоточных аппаратах мелкие частицы увлекаются жидкостью в направлении, противоположном движению твердой фазы. В связи с этим два прямоточных аппарата могут быть соединены так, чтобы установка в целом работала по принципу противотока.
|
В процессах экстракции конечный раствор должен быть отделен от твердого нерастворимого остатка (шлама), который для этой цели подвергают промывке. Промывка производится на фильтрах, центрифугах и отстойниках. В непрерывных процессах экстракции обычно применяют противоточные схемы промывки, например на непрерывно действующих бара банных вакуум-фильтрах.
Согласно рис. XVI-13, свежая вода или другой растворитель используется сначала для промывки осадка на фильтре 1. Полученные здесь слабоконцентрированные промывные воды направляются в аппарат 2 с мешалкой (репульпатор), где тщательно перемешиваются с поступающим с фильтра 3 осадком и промывают его. Эта операция носит название репульпации. Полученная в аппарате 2 пульпа поступает в фильтр 1, откуда фильтрат подается на промывку осадка в фильтр 3. Промывные воды из фильтра 3 перекачиваются в экстрактор 4, где они взаимодействуют в качестве избирательного растворителя с исходным твердым материалом. При описанной противоточной ступенчатой промывке удается использовать указанные выше преимущества противотока.
Для интенсификации процессов экстракции и растворения могут быть использованы низкочастотные механические колебания. Опыт показывает, что при наложении колебаний увеличивается скорость обтекания частиц, и процесс заметно ускоряется. Весьма значительное увеличение скорости обтекания и соответственно — коэффициентов массоотдачи возможно при осуществлении вращательного движения жидкости с взвешенными в ней твердыми частицами (центробежный режим). Можно заметить, что методы интенсификации экстракции в системах жидкость—твердое тело и жидкость—жидкость аналогичны.
Дата добавления: 2016-10-18; просмотров: 3325;