Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Дәріс 8
ҚАТТЫ ДЕНЕ-СҰЙЫҚ ЖҮЙЕСІНДЕГІ ЭКСТРАКЦИЯ ҮРДІСТЕРІ ЖӘНЕ ЕРУ
Кеуекті құрылымды күрделі қатты заттардан бір немесе бірнеше компоненттің бөлінуі - қатты - сұйық жүйелердегі экстракция болып табылады. Бөлінетін компонент қатты заттың саңылауларында қатты немесе ерітілген күйде болады (ХІІІ-26 сурет). Бірінше жағдайда қатты фазаның бөлінуі жүреді, яғни бөлінетін компонент ақырындап сүйықтықта ерітіледі, ол бастапқы күрделі қатты заттардың саңылауларына өтеді жэне сұйықтықтың алдымен сыртқы бетіне содан кейін негізгі массасына диффузияланады. Екінші жағдайда ерітілген заттың бөлінуі орындалады, яғни ол қатты заттың саңылауларынан негізгі сұйық массасына диффузияланадыды.
Бөлінетін компоненттің қай күйде болмасын саңылауда қатты заттың қаңқасы өзгеріссіз қалады да экстрагирлену процесінде инертті тасымалдағыш рөлін атқарады.
Химиялық технологияда сұйықтықта қатты заттардың еру процесі кең қолданылады. Ерітілу - ерітілетін заттан тұратын қатты заттың бетінен ерітіндіге өтуі. Сонымен, экстракциямен айрмашылығы, мүнда ерітілетін қатты заттың инертті қаңқасы болмайды.
Жоғарыда көрсетілген механизмдерден, экстрагирлеу процесі бөлінетін заттың ішкі жэне сыртқы диффузионды кедергіден өтуі керек. Біріншісі - қатты заттың саңылау ішінен сыртқы бетке диффузиялануы, екіншісі - сыртқы бетінен сүйықтықтың негізгі массасына диффузиялануы. Ерітілу кезінде тек сыртқы диффузионды кедергіден өту жүргізіледі. Сондықтан ерітілу процестері жылдам жүреді.
Химиялық технологияда қатты заттан экстракциялауда таңдамалы еріткіш ретінде су немесе анорганикалық қышқылдардың сулы ерітіндісін алады; осы кезде бөлу процесс сілтілену деп аталады.
Сілтілеу минералды шикізаттың химиялық өңдеудің бірінші кезеңі болып табылады, бүл кезде бағалы компонентті бөліну процесі жүреді. Бастапқы қатты материал мен алынатын еріткіштің әрекеттесуінен әдетте гетерогенді ағынды жүйе - пульпа пайда болады.
Ерітілу әртүрлі химиялық процестерде жүргізіледі, өйткені жеткілікті дәрежеде ерітілген кезде диссоцирленген күйде жылдамдығы және ерітілген заттың молекулаларының химиялық белсенділігі жоғарылайды.
Экстракция және еріту әдістері
Химиялық технологияда қолданылатын экстракция мен ерітудің негізі әдістері мыналар болып табылады:
тұйық периодты процесс;
тура және кері ағынды процесс;
жылжымайтын қабаттағы процесс (перколяционды)
Тұйық периодты процесс механикалық немесе пневматикалық араластыру аппараттарында жүргізледі. Пневматикалық араластыру араластыратын агентті қажет болған жағдайда тотықтырғыш ретінде (ауа) қолдануға мүмкіндік береді. Интенсивті араластыруда қатты бөлшектер бағыты және жылдамдық шамасын өзгерте отырып жылдам қозғалады. Бұл шарттарда қатты заттың инерциялық жылдамдықтың ағу уақытының ауысуы пайда болады. Мұндай инерциялы режимде тепе-теңдікке жақындағанда үрдістің қозғаушы күшінің төмендеуіне қарамастан еру және экстракция процесін жылдамдатуға қолайлы жағдай туады.
Әлсіз араластыруда қатты бөлшектер сұйықта салмақты күйде болады, яғни ұзақ уақыт бойы кезектесіп шығатын және енетін сұйықтарда қозғалады. Бұл жағдайда олардың беті сұйықпен суланады, бірақ ағу жылдамдығы мұнда бөлшектердің ауырлық күшінен туады.
Тура және қарсы ағынды процестер. Үздіксіз істейтін аппараттарда жүргізіледі, кең қолданылады. Негізінен экстракция мен ерітуді араластырғыш аппараттарда үздіксіз аппаратқа қатты және сұйық фазаларды келтіру және әкету жолымен жүргізуге болады. Бірақ, мұндай әдіспен үздіксіз процесті жүргізу қарқындылықтың төмендеуіне әкеледі, өйткені өңдеуге түсетін қатты материал аппараттағы ерітіндімен әрекеттеседі. Бүл қозғаушы күштің және сәйкесінше пеиодтық процестегі орташа жылдамдықпен салыстырғанда экстракция жылдамдығының төмендеуіне экеледі (бір операция үшін. Сонымен қатар аппаратта дара қатты заттың кейбір бөліктерінің секірісі болады, мұның нәтижесінде экстрагирленетін затты жоғары дәрежеде бөлу үшін уақыт жеткіліксіз болуы мүмкін.
Осыған байланысты экстракция мен ерітуді каскадта бірінен соң бірі жалғанған араластырғышты аппаратта өткізеді, мұнда пульпа өзінің ағынымен қозғалады (ХІІІ-28). Мұндай тура бағытта жүретін схеманың жұмыс істеуінде процестің қозғаушы күші сатыдан сатыға ақырындап төмендейді. Сатысы 3-6 сатыдан аспайтын мұндай қондырғыларда бөліну дәрежесі жеткілікті жоғары болады.
Қарсы ағынды принципі бойынша үздіксіз істейтін процестің экстракциясы элде қайда эффективті болып табылады. Аппараттардың батареаларында сұйық ағынына қарсы қатты бөлшектердің қозғалысында таза еріткіш енгізілетін құрылғының соңында ол экстракцияланған еріткішпен үлкен дәрежеде материалмен әрекеттеседі, ал оның басқа соңында бастапқы қатты зат концентрленген ерітіндімен өңделеді.
Бұл кезде аппарат тұрақтылау жұмыс жасайды: еріткіштің кіруіне (енуіне ) сай қондырғының соңында қатты материалдың терең саңылауларынан бөліну дәрежесін жоғарылатуға болады, ал басында-қатты материалдың жоғарғы бөлшектерінің экстракциясы үшін концентрленген ерітіндіні қолдану тиімді. Нәтижесінде ерітінді концентрациясы жоғарылайды, еріткіштің шығыны төмен және аппараттың өндіргіштігі жоғары болады.
Қарсы ағынды аппараттарда (XIII-29 суреті) сұйық ұсақ бөлшектерді ілестіріп қатты фазаның қозғалысына қарсы қозғалады.
Экстракция ұрдісінде соңғы ерітінді ерімейтін қатты қалдықтан арылуы керек. Ол үшін шаймалауды фильтрде, центрифугада, тұндырғышта жүргізеді. Экстракцияның үздіксіз үрдісінде әдетте шаймалаудың қарсы ағынды сызбасын қолданады, мысалы үздіксіз әрекет ететін барабанды вакуум-фильтрде.
Экстракция және еріту үрдістерін интенсификациялау үшін төменжиілікті механикалық тербелісті пайдалануға болады. Тербелістерді біріктіргенде бөлшектердің ағыуын арттырады және үрдіс жылдамдайды. Маңызды өту жылдамдығының жоғарылауы жэне масса ауысу коэффицентінің жылдамдығының жоғарылауы қатты бөлшектердің өлшенген сұйықтықтың айналмалы қозғалысын жүзеге асырады. Сұйық-сұйық , сұйық -қатты жүйеде экстракция процесінің интенсификациясы осы принципке ұқсас.
Экстракциялы аппараттардың құрылғысы
Экстракция мен еріту процесін жүргізетін аппараттың құрылысына, мынадай негізгі талаптар қойылады:
Аппараттың жұмыс көлемінің бірлігінде ерітіндінің шығымымен сипатталатын жоғары меншікті өндіргіштігі.
Алынатын ерітіндінің ең жоғарғы концентрациясын алу.
Соңғы ерітіндінің көлем бірлігіне энергияның төмен шығыны
Экстракция жэне еру аппараттары периодтық жэне үздіксіз жұмыс жасайтын болып екіге бөлінеді. Фазаның бағыты бойынша аппараттарды тура ағынды жэне қарсы ағынды, сонымен қатар аралас ағынды принципі бойынша жұмыс жасайтын аппараттар деп бөлінеді. Қатты бөлшектердің сұйықпен ағу жылдамдығын тудыру бойынша аппараттар бөлінеді: қатты материалдың қозғалмайтын қабатты, механикалық араластырғышы бар, салмақты немесе қайнау қабатты.
Периодты әрекет ететін аппараттардың өнімділігі төмен болғандықтан, аз тонналы өндірістерде қолданылады. Өндіріс тәжірибесінде үздіксіз әрекет ететін аппараттар кең қолданылады.
Қатты метериалдың қозгалмайтын қабаты бар аппарат. Бұл аппараттарда сұйықтың қабаты арқылы филтрлегендегі қозғалыс жылдамдығы сұйықтың қозғалыс жылдамдығына ұқсас.
Осы типті ең қарапайым аппарат - жалған түпті (решетка) ашық резервуар, ол ашық нутч-фильтрге ұқсайды. Торға қатты материалдың бір қабаты тиеледі, жоғарыдан төменге қарай еріткіш өтеді. Қозғалыстың былай жүруі аппараттың ағымын сұйықтықпен біркелкі түрде толтырады да қозғалыс күшін төмендететін көп концентрленген ерітінді мен аз концентрленген ерітіндінің араласуы болмайды. Сілтіленген қатты қалдықты түсіру периодты түрде жүргізіледі. Әсіресе жиігірек гидравликалық әдіспен - аппараттағы қатты материалды сумен шаяды.
Онша биік емес қабатпен сұйық қозғалғанда жеткілікті жоғары концентрленген ерітінде алуға мүмкіндік бермейді. Бөлу дәрежесін және өндіргіштігін жоғарылату үшін түбі жалған жабық герметикалық аппараттарды қолданады (жабық нутч- фильтрге ұқсас), олар диффузор атауына ие болған «ХІІІ-30, а суреті).
Диффузор батареясы ағынға қарсы принципі бойынша жұмыс жасайды, яғни жаңа еріткіш сілтіленген материалмен әрекеттеседі, ал концентрленген ерітінді жаңа қатты материалмен әрекеттеседі. Қазіргі кездегі құрылғыларда диффузордың жартылай үздіксіз жұмысы жағдайында операцияның алмасуы автоматты түрде жасалынады.
Қозғалмайтын қабатты аппараттың кемшілігі қатты бөлшектің сұйықтықпен ағуы біртекті емес және тұнған зонаның пайда болуы бөлшектердің беттесу нүктесіне жақын. Фильтрлеу жылдамдығының көтерілуі ұсақ бөлшектердің сұйықтықпен кетуімен және гидравликалық кедергінің өсуімен шектеледі. Сондықтан бұл аппараттар біртіндеп үздіксіз істейтін аппараттармен ығыстырылуда.
Механикалық араластырғышы бар үздіксіз әрекет ететін аппараттар. Бұл топтың кең раған аппараттарына шнекті экстракторлар жатады ( XIII-31 суреті).
Шнекті аппараттар фазалардың тура ағынды және қарсы ағынды принципі бойынша жұмыс істейді. Кейде шнекті аппараттар комбинирленген әдіспен жұмыс істейді. Үрдіс бір бірімен ілесе байланысқан екі аппаратта өтеді, олардың біріне бастапқы қатты материал түседі, ал екіншісіне таза еріткіш түседі. Бұл жағдайда бірінші аппаратта фазалар тура ағынмен, ал екіншісінде кері ағынмен қозғалады.
Бұл типті аппараттар жұмыста сенімді және жоғары өнімділік береді. Мұнымен бірге оларға металл көп жұмсалады, үлкен және электроэнергияның көп шығынын қажет етеді.
Шнекті аппараттардың меншікті өнімділігі үлкен емес, бұл бөлшектердің ағу жылдамдығымен және фазалардың беттесу бетінің біркелкілігімен түсіндіріледі. Фазалар арасындағы байланыс сұйықтың кейбір бөліктерінің секірісінің әсерінен нашарлайды, бұл фазалардың ерекше бөлінуіне негізделген, себебі қатты материалдың басым бөлігі астаудың төменгі бөлігіне тығыз қабат түрінде жылжиды.
Барабанды экстракторда үрдіс эффективті өтеді (XIII-32 суреті).
Барабанды экстракторларда шнекті экстракторға қарағанда меншікті өндіру басым және массаалмасу коэффициенті жоғары. Масса алмасудың жақсаруы барабанға қатты бөлшектерді салуда фазалардың беттесу бетінің жаңаруымен байланысты.
Кейбір жағдайда экстракцияны қатты материалды дымқыл ұсатумен біріктіруге болады және бір аппаратта жүргізуге болады. Экстракцияны бір мезгілде үгітумен жүргізу фазалардың беттесу бетін үздіксіз жаңартуға ықтимал етеді.
Салмақты немесе қайнау қабатты аппараттар. Мұндай аппараттарда қатты бөлшектің бүкіл беті процестің барлық кезінде экстракцияның интенсификация-сына экелетін сұйықтықтың турбулентті ағынымен әрекеттеседі.
Құбырлы экстрактор (XIII-33 сурет). Кезекпен жалғанып орналасқан құбырлардан тұрады, олар арқылы сорғышпен ұсақ қатты бөлшектері бар сүйық айдалады. Құбырлы экстракторларда қарсы ағынды қолдану сұйықпен қатты бөлшектерді әкетуге кедергі келтіреді. Бұл жағдайда сатылы қарсы ағын сызбасы бойынша еріткіштердің жұмысын қолдануға болады, яғни мұнда фазалардың тура ағында жұмыс істейтін аппараттар секцияға біріктіріледі, олардың өзара бірігуі қарсы ағын принципі бойынша жүзеге асады.
Жалған қайнау қабатты құбырлы аппараттардың құрылғыларының бірі XIII-34 суретте көрсетілген.
Мұндай типті аппараттар құрылғысының қарапайымдылығымен және аз салмағымен ерекшеленеді. Оларда үрдіс жылдамдығы жоғары және бастапқы қатты материалдан мақсатты компоненттерді бөлу дәрежесі жоғары.