Экстракторы (стр. 7 из 7)

3. Время пребывания экстрагента. Для процессов, требующих малого времени пребывания экстрагента, наиболее целесообразно использовать центробежный экстрактор, где разделение фаз происходит под действием центробежной силы. Смесительно-отстойные экстракторы с гравитационным расслаиванием фаз при большом числе ступеней применяются для длительных процессов (для таких аппаратов расслоение и разделение фаз зависит от скорости коалесценции дисперсной фазы и будет происходить после каждой смесительной ступени). В дифференциально-контактных экстракторах расслоение и разделение фаз происходит только на концах аппарата, поэтому время пребывания фаз зависит от средней скорости подъема или падения капель и не зависит от времени коалесценции.

4. Отношение потоков фаз влияет на размеры аппарата, причем при снижении скорости движения потоков дисперсной и сплошной фаз объем экстрактора будет уменьшаться.

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.

Ориентировочная схема выбора типа экстрактора приведена на рис. слева.

Окончательный выбор экстрактора осуществляется по результатам последовательной оценки работы двух-трех выбранных типов экстракторов с использованием экономического показателя — приведенного дохода Р_пр = Р_Р— З_пр, где Р_р— доход от реализации полученной продукции, З_пр — 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.