Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 [ 100 ] 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рнс. IX-8. Графическая интерпретация четвертого свойства треугольной диаграммы

Перемещение точки N по линии LF вниз соответствует постепенному удалению компонента L из раствора. При совмещении точки N с точкой F третий компонент L полностью удаляется из раствора, а смесь будет состоять только из компонентов А и В {Xlf = 0).

Изложенные свойства треугольной диаграммы позволяют достаточно просто выполнять расчет процесса экстракции.

КРИВАЯ РАВНОВЕСИЯ ФАЗ НА ТРЕУГОЛЬНОЙ ДИАГРАММЕ

Для расчета процесса экстракции с применением треугольной диаграммы необходимо располагать кривой равновесия фаз, определяющей составы фаз, образующихся при расслаивании системы.

На треугольной диаграмме рассмотрим систему, состоящую из компонентов А, В и L, причем компоненты А и В, В и L неограниченно растворимы друг в друге, а компоненты А и L обладают ограниченной растворимостью, т.е. при наличии в системе определенных количеств компонентов А и L может образоваться двухфазная жидкая система (рис. IX-9).

Составы фаз, получаемые при смешении компонентов А и L, располагаются на стороне AL треугольника. При этом между точками Я, и S, расположены расслаивающиеся системы, составы которых отвечают точкам Я, и S,.

Если к этим растворам, составы которых изображаются точками Я, и S,, добавить третий компонент В, то составы расслаивающихся трехком-понентных растворов будут соответствовать точкам /?2 и S2. При дальнейшем добавлении компонента В получим расслаивающиеся трехкомпонент-ные системы, характеризуемые точками R3 и S3, Л4 и S4 и т. д. Поскольку компонент В хорошо растворяется в компонентах А и L, его добавление в систему улучшает взаимную растворимость компонентов А и L. Поэтому точки Я, и Si сопряженных (равновесных) растворов постепенно сближаются по мере увеличения концентрации компонента В в растворе.

Рнс. IX-0. Бинодальная (равновесная) кривая и коноды на треугольной диаграмме

Рис. IX-10. Бннодальные кривые, отвечающие различным температурам на треугольной диаграмме

При значительном разбавлении раствора компонентом В взаимная растворимость компонентов настолько возрастает, что образуется гомогенный раствор, характеризуемый точкой К. Эту точку называют критической. При дальнейшем увеличении концентрации компонента В в растворе он будет оставаться гомогенным.

Если через точки /?„ R2, R3, R, К, S, S3, Sj, S, провести плавную кривую, то получим бинодадьную равновесную кривую. Прямые, соединяющие точки Я, и S,, /?2 и Si, R3 и S3 и т. д., отвечающие составам равновесных фаз на бинодальной кривой, называются конодами. Коноды не параллельны одна другой, так как компонент В неравномерно распределяется между расслаивающимися растворами.

Любая точка, например N, лежащая внутри контура, ограниченного бинодальной кривой, отвечает двухфазной системе, тогда как любая точка, находящаяся вне этого контура, характеризует однофазную систему (гомогенный жидкий раствор).

Если взять смесь трех компонентов, определяемую точкой N, то такая система образует два расслаиваюпщхся раствора (две равновесные жидкие фазы), составы которых после расслаивания характеризуются точками R и S, находящимися на пересечении коноды, проходящей через точку N, с нижней и верхней ветвями бинодальной кривой.

Нижняя ветвь бинодальной кривой соответствует небольшим концентрациям компонента L (растворителя), что характеризует рафинатные растворы Rj. Верхняя ветвь бинодальной кривой отвечает высоким концентрациям компонента L и характеризует экстрактные растворы S,.

В соответствии с первым свойством треугольной диаграммы количества образовавшихся при расслаивании рафинатной и экстрактной фаз определяются соотношением

9е. = Ш.

где д и gs раствора.

- соответственно количество рафинатного и экстрактного

Каждая бимодальная кривая отвечает определенной температуре и может быть построена на основании экспериментальных данных.

При изменении растворимости с изменением температуры бинодаль пая кривая будет менять свое положение. Поскольку в большинстве случа ев взаимная растворимость компонентов повышается с увеличением темпе ратуры, область существования расслаивающихся систем сокращается При некоторой температуре (р, называемой критической, компоненты входящие в состав трехфазной системы, будут полностью растворяться друг в друге, образуя гомогенный жидкий раствор.

На рис. IX-10 приведены бинодальные кривые для нескольких температур при условии < t2 < 1з < f.p-

в ряде случаев при построении бинодальных кривых для сложных смесей вместо состава фаз удобнее использовать другие более легко определимые константы, подчиняющиеся свойству аддитивности: плотность, вязкостно-массовую константу (ВМК), содержание серы, индекс коксуемости и т.п.

В этом случае на стороне АВ треугольной диаграммы откладывают значения соответствующей константы для различных смесей компонентов А и В. Поэтому в дальнейшем под и Xg будем подразумевать как концентрации компонентов А и В в смеси, так и другие аддитивные характеристики.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭКСТРАКЦИИ

В зависимости от требований, предъявляемых к качествам получаемых рафинатного и экстрактного растворов, контактирование мас-сообменивающихся фаз при экстракции может быть осуществлено по нескольким схемам. Однако любой процесс экстракции содержит следующие стадии: 1) смешение растворителя с разделяемой смесью, обеспечивающее их контактирование; 2) разделение образовавшейся смеси на рафинатный и экстрактный растворы.

Поэтому одна ступень экстракции состоит из смесителя и отстойника, оформляемых в виде различных конструктивных модификаций.

В зависимости от числа ступеней экстракции и способа их соединения различают следующие разновидности процесса экстракции: однократную, многократную и противоточную.

При однократиой экстракции (рис. IX-11) исходное сырье F в один прием обрабатывают заданным количеством растворителя L в смесителе С. Образовавшуюся в результате контакта смесь разделяют в отстойнике О на рафинатный R и экстрактный S растворы, которые отводят из аппарата.

При многократной экстракции (рис. IX-12) исходное сырье F и соответствующие рафинатные растворы Я, обрабатываются порцией свежего растворителя на каждой ступени экстракции, где имеются смеситель С и отстойник О. При этом рафинатный раствор направляется в следующую ступень экстракции, а экстрактные растворы S,, Sj, S3, после каждой ступени экстракции выводятся из системы. При таком способе обработки исходная разделяемая смесь F поступает в первую ступень экстракции, а окончательный рафинатный раствор Rj отбирается из последней ступени.