Разновидности и принцип действия экстракторов (стр. 7 из 7)
5. Физико-химические свойства фаз влияют на размеры капель. Например, при большом отношении межфазного натяжения а и разности плотностей фаз ∆ρ образуются крупные капли, что приводит к уменьшению поверхности раздела фаз и ухудшению массопередачи. Для таких систем (для очень вязких жидкостей) рекомендуется использовать экстрактор с механическим перемешиванием с высокой интенсивностью перемешивания фаз, что дает возможность обеспечить требуемую эффективность и производительность.
6. Направление массопередачи играет особую роль в системах вода — растворитель, так как размер капли увеличивается при массопередаче из растворителя в водную фазу. Поэтому для таких систем наиболее целесообразно использовать экстракторы с механическим перемешиванием фаз при интенсивном перемешивании. В целом влияние направления массопереноса необходимо определять в лабораторном эксперименте.
7. Диспергирование и задержка дисперсной фазы. Для обеспечения наибольшей величины межфазной поверхности и высокой скорости массопередачи необходимо диспергировать ту фазу, производительность по которой максимальна. При диспергировании водной фазы в колонных экстракторах вследствие смачивания материалов насадки водной фазой может ухудшиться процесс диспергирования. В этом случае рекомендуется применять в качестве насадок гидрофобные материалы, устойчивые к воздействию экстракционных фаз. При загрязнении органической фазы примесями на поверхности раздела фаз в колонном экстракторе диспергирование должно быть таким, чтобы граница раздела находилась над рафинатом в конце колонны. Если используются нестабильные растворенные вещества или растворители очень дороги, то необходимо обеспечить малую задержку фаз, для чего применяются центробежные экстракторы с минимальными временем контакта и рабочим объемом.
8. Скорость реакций. При осуществлении медленной реакции на поверхности раздела фаз или в объеме одной из фаз следует использовать смесители-отстойники с рециркуляцией внутри каждой ступени для увеличения времени контакта фаз.
9. Присутствие твердых веществ. В этом случае необходимо применять экстракторы, имеющие приспособления для удаления твердых осадков, например пульсационную тарельчатую колонну, экстрактор Лувеста и др. 10. Оценка общей эффективности работы экстрактора. Такая оценка проводится, например, при выборе размеров колонны и условий ведения процесса, для чего используется параметр, представляющий собой модифицированный коэффициент массопередачи, — высота единицы переноса (ВЕП); ВЕП
является мерой эффективности переноса растворенного вещества и производительности на единицу объема колонны. Для ступенчатых экстракторов в качестве такого параметра можно использовать отношение суммы объемных скоростей фазовых потоков при захлебывании к общему объему одной ступени. Этот параметр можно использовать для различных экстракторов при их сравнении. С увеличением значения этого параметра для идентичных питающих потоков конструкция экстрактора будет более эффективной.
Окончательный выбор экстрактора осуществляется по результатам последовательной оценки работы двух-трех выбранных типов экстракторов с использованием экономического показателя — приведенного дохода Рпр = РР — Зпр, где Рр — доход от реализации полученной продукции, Зпр — приведенные затраты.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСЧЕТЕ ЖИДКОСТНЫХ ЭКСТРАКТОРОВ
К экстракционным аппаратам предъявляются разнообразные требования, основными из которых являются:
1) максимальные производительность и интенсивность работы;
2) малый расход энергии при эксплуатации;
3) высокая степень извлечения ценных компонентов;
4) простота устройства и низкая стоимость изготовления;
5) легкость управления и автоматического регулирования.
От правильности выбора типа аппарата и значений параметров во многом зависит эффективность всего процесса, проводимого в экстракторе.
В настоящее время используются в основном экстракторы двух типов — периодического и непрерывного действия, причем применение непрерывнодействующих экстракторов более эффективно вследствие возможности обеспечения большей производительности и осуществления автоматизированного контроля за их работой. Экстракторы периодического действия выгоднее использовать в производствах с небольшими объемами потоков взаимодействующих фаз.
Для расчета экстрактора необходимо иметь данные о скоростях протекания химических реакций, тепло- и массопередачи и о гидродинамической обстановке или структуре потоков в экстракторе.
К числу основных факторов, влияющих на работу экстрактора, следует отнести:
1) термодинамические факторы — константы химического и фазового равновесия; эта группа факторов определяет направление реакции, технологические параметры проведения реакции и оказывает влияние на скорость и селективность всего процесса;
2) кинетические факторы — константы скорости и энергии активации основных и побочных реакций, а также истинные и кажущиеся порядки реакций;
3) массообменные факторы — коэффициенты массоперодачи исходных и промежуточных веществ и конечных продуктов реакции;
4) теплообменные факторы — коэффициенты теплопередачи между фазами и коэффициенты теплопередачи между средой и теплообменными устройствами, величина поверхности внешнего теплообмена;
5) гидродинамические факторы — характеристики межфазной поверхности и перемешивания по сплошной и дисперсной фазам.