Екстрагування з періодичною зміною розчинника

(у перехресному струмі)

Схема екстрагування в перехресному струмі наведена на рис. 2.5.

Рівняння загального матеріального балансу n-ного ступеня екстрагування:

G_R, n-₁ + G_S, _n = G_R, _n + G_E, _n     (2.1)

Рівняння матеріального балансу n-ного ступеня по БАР яки екстрагують:

G_R, n-₁X_n-1 + G_S, _nY_S = G_R, _n X_n + G_E, _nY_n                                      (2.2)

Значення індексів: F - вихідна суміш; S - екстрагент (вторинний розчинник); R - рафінат; E - екстракт.

У випадку, якщо обробка виробляється чистим розчинником С, ступінь витягу речовини яку екстрагують (відношення кількості екстрагуємої речовини в залишку до кількості її у вихідному матеріалі) можна обчислити за формулою:

                              (2.3)

де а_i =  так зване відношення потоків: відношення маси відокремлюваного розчину до маси розчину, утримуваного твердою речовиною (можна використовувати відношення об'ємів розчинів);

G^’_r,i  = G_{R, i} (1-х_а)— маса компонентів В та С.

Якщо відношення потоків постійно, тобто а₁ = а₂ = а₃ = = … = а = const, те формула спрощується:

                                              (2.4)

де n_c — число щаблів екстрагування.

Для визначення числа теоретичних щаблів рівноваги при екстрагуванні в перехресному струмі діаграму будують наступним образом (рис. 2.6.).

На стороні АВ трикутника знаходять крапку F, що відповідає змісту БАР у сировину, і з'єднують неї з вершиною С. Процес додавання до сировини екстрагента іде по лінії FС. Положення крапки М₁, що характеризує загальний склад суміші, визначають зі співвідношення сировини до екстрагенту за правилом важеля:

                                     (2.5)

Одержують крапку М₁, через яку й вершину трикутника А проводять хорду рівноваги. При перетинанні її із прикордонної кривої знаходять R₁ – склад рафінату та рівноважний з ним склад екстракту Е₁ на лінії ВР.

Хорда R₁Е₁ відповідає першому ступеню рівноваги. Далі, частково виснажену сировину складу R₁ заливають свіжою порцією екстрагенту. Процес іде по лінії R₁С. Загальний склад суміші визначають за правилом важеля зі співвідношення:

                                     (2.6)

і одержують крапку М₂. Через крапку М₂ і вершину трикутника А проводять хорду рівноваги, по якій визначають рівноважні сполуки рафінаду R₂ і екстракту Е₂ на другому ступеню рівноваги. Аналогічно проводять побудова доти, поки склад рафінаду буде відповідати необхідному значенню R₃. Необхідне число ступенів рівноваги дорівнює числу хорд рівновагиR₁Е₁; R₂Е₂; R₃Е₃. У цьому випадку число ступенів рівноваги дорівнює трьом [6, 8].

Противоточне екстрагування

Схема процесу багатоступінчастого противоточного екстрагування наведена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Противоточне екстрагування з твердого тіла.

Рівняння загального матеріального балансу n-східчастої екстракційної установки:

G_F + G_S = G_R + G_E                              (2.7)

Матеріальний баланс по компоненту котрий екстрагують:

G_FX_F + G_SY_S = G_RX_R + G_EY_E                         (2.8)

У випадку, якщо відношення потоків для всіх щаблів, крім першої, постійно, тобто а₂ = а₃ = … = а = const, ступінь витягу компонента котрий екстрагують( ) можна визначити по формулі:

 (2.9)

При застосуванні чистого розчинника (y_s = 0) це вираження спрощується:

  (2.10)

Якщо, крім того, що надходить твердий матеріал уже містить таку ж кількість розчину, як і між щаблями, тобто а_г = а, одержимо:

                      (2.11)

Необхідне число теоретичних щаблів екстрагування (Це число можна визначити графічно, так само як для бінарної системи, на прямокутній діаграмі в координатах y — х' , де х' =  , тобто маса твердої нерозчинної речовини в розрахунку не бере участь. Рівняння лінії рівноваги в цьому випадку y* = х'; рівняння робочих ліній легко виводяться з рівнянь матеріальних балансів.) при постійному відношенні потоків а₂ = а₃ = … = а = const можна визначити по формулі

                            (2.12)

Для визначення числа теоретичних щаблів рівноваги при екстрагуванні в противотечі діаграму будують наступним образом (рис. 2.8.).

По діаграмі рівностороннього трикутника графічне визначення числа теоретичних щаблів рівноваги виробляється за допомогою прикордонної кривої. На стороні АВ наносять крапку F яка характеризує зміст екстрактивних БАР у вихідній лікарській рослинній сировині. З'єднують крапку F з вершиною трикутника С. На лінії FС за правилом важеля:

                                      (2.13)

знаходять положення крапки М яка характеризує загальну склад суміші.

Через крапку R₃ (характеризує вміст кінцевого рафінаду), і крапку М проводять пряму до перетинання зі стороною трикутника ВС, одержують крапку Е₁ (характеризує вміст екстракту на першій стадії). При продовженні відрізків FЕ₁ і R₃С знаходять крапку їхнього перетинання Р – полюс екстрагування. Полюс екстрагування (Р) є загальною крапкою перетинання всіх променів, що проходять через крапки, що характеризують вміст рафінаду на попередньому щаблі й екстракту на наступному щаблі. Проводять лінію АЕ₁, при перетинанні АЕ₁ із прикордонної кривої одержимо крапку R₁ (характеризує сполука рафінаду). Лінія R₁E₁ є хордою рівноваги на першому щаблі екстрагування.

Із крапки Р через крапку R₁ проводять промінь до перетинання зі стороною ВР, одержують крапку E₂, (характеризує сполука екстракту на другому щаблі рівноваги). Рівноважний цьому екстракту рафінад лежить на хорді рівноваги, що проводять, з'єднавши крапку E₂ з вершиною трикутника А. При перетинанні АE₂ із прикордонної кривої одержують крапку R₂ (відповідає сполуці рафінаду на другому щаблі). Аналогічні побудови проводять доти, поки зміст рафінаду не досягне необхідного значення (R_{НЕОБХІДНЕ} =R₃).

Необхідне число щаблів рівноваги дорівнює числу хорд рівновагиR₁Е₁; R₂Е₂; R₃Е₃. У цьому випадку число щаблів рівноваги дорівнює трьом [8,9].