ΥΤΙΚΕ ΔΙΕΡΓΑΙΕ ΜΕΣΑΥΟΡΑ ΜΑΖΑ. - Απορρόφηση - Απόσταξη - Εκχύλιση - Κρυστάλλωση - Ξήρανση

Transcript

1 ΥΤΙΚΕ ΔΙΕΡΓΑΙΕ ΜΕΣΑΥΟΡΑ ΜΑΖΑ - Απορρόφηση - Απόσταξη - Εκχύλιση - Κρυστάλλωση - Ξήρανση

2 Εκχύλιση : εκχύλιση υγρών εκχύλιση στερεών διαχωρισμός αναμίξιμων υγρών παραπλήσια σ.ζ. ή α ΑΒ =1 έκπλυση ή διαλυτοποίηση χαμηλή θερμοκρασία (περιβάλλοντος) ανάκτηση διαλύτη (απόσταξη) Ισορροπία υγρών/υγρών Σριαδικά συστήματα ομοιογενές δυαδικό σύστημα (Α+ αραιωτικό Β) και διαλύτης S S και Β τελείως μη αναμίξιμα S μερικώς αναμίξιμος με Β σχηματισμός δύο ή και τριών ζευγών μερικώς αναμίξιμων υγρών ομοιογενές τριαδικό μίγμα Κανόνας φάσεων Gibbs f + π = c +2 π=2 και c=3 f=3

3 Σριγωνικά Διαγράμματα Q=20%A, 50%B, 30%S QU 20%A QV 50%B QZ 30%S Κανόνας του μοχλού ποζόηηηαμ ποζόηηηακ KL LM X X L M X X K L LL XL KK X K MM X M

4 A 13% B 48% C 38%

5 ύστημα τριών υγρών. Μη αναμίξιμα (B-S) υγρά. Y e KgA KgS X KgA KgB y e = κλάσμα βάρους της Α στη φάση του εκχυλίσματος x = κλάσμα βάρους της Α στη φάση του υπολείμματος y e kga kga kgs x kga kga kgb Y e =y e /(1-y e ) X=x/(1-x)

6 ύστημα τριών υγρών. (Β-S) μερικώς αναμίξιμα υγρά IRPEJ καμπύλη ισορροπίας ή διαλυτότητας. R, Ε γραμμές συνδέσεως. Ρ κοινό σημείο ή σημείο αναδιπλώσεως τμήμα υπολείμματος (ΙRΡ) τμήμα εκχυλίσματος ή διαλύτη (PEJ). ποζόηηηαi ποζόηηηαj GJ GI K A Y X Ee R 1

7 Φάραξη γραμμών σύνδεσης S : διαλύτης

8 Διαλύτες. Κριτήρια επιλογής τους. κριτήρια ιδανικού S 1. μεγάλη επιλεκτικότητα (λόγος κατανομής α ΑΒ >1). α AB K K A B (Y (Y Ee Ee /X /X R R )ηοσa )ηοσb 2. ελάχιστη διαλυτότητα με το Β. Κ Α, Κ Β συντελεστές κατανομής των συστατικών Α και Β αντίστοιχα. 3. εύκολη ή ανάκτηση του (π.χ. με απόσταξη). 4. χημικά σταθερός και αδρανής ως προς τα Α,Β και τα υλικά της συσκευής. 5. χαμηλό κόστος, μικρό ιξώδες, μικρή τάση ατμών. 6. όχι τοξικός ή αναφλέξιμος.

9 Σαξινόμηση των διεργασιών εκχύλισης συνεχώς ή ασυνεχώς Εκχύλιση σε βαθμίδες ισορροπίας : α) Εκχύλιση μιας βαθμίδας. β) Πολυβάθμια εκχύλιση με ομορροή. γ) Πολυβάθμια εκχύλιση κατ αντιρροή. δ) Πολυβάθμια κατ αντιρροή εκχύλιση με αναρροή υνεχής εκχύλιση με διαφορική επαφή. Απλή εκχύλιση (ένας διαλύτης S) Κλασματική εκχύλιση (συνήθως δύο διαλύτες, μη αναμίξιμοι μεταξύ τους).

10 Εκχύλιση μιας βαθμίδας

11 ανάκτηση διαλύτη S. E k και R k οι συστάσεις των τελικών (Α+Β) m, x m f, s, e, r kg ή kg/sec y E, x R kg/kg Α m = f+s = e+r mx M = fx F +sx S = ex E +rx R r e ME RM r e r s f FM MS r m ME MR ME x x F M x y M S ME RE r ME m RE m y y E E x x M R s min FK f KS e = min ( 0), y E = max r = max x R = max s max FD f DS e = max, y E = min r=min, x R =min e RM x m m RE y S min <S<S max M E x x R R

12 Mη αναμίξιμα Β-S m, x m β=kg Β/sec s=kg S/sec S >S E 3 E 1 E 2 R 2 R 1 R 3 Χ Χ Υ Υ s β - Υ s Χ β Υ s Χ β 0) (y F R S E E R S F S Χ Χ Υ s β - Υ s Χ β Χ β 0) (y F R E E R F S

13 Πολυβάθμια εκχύλιση με ομορροή Κλίση - β s 1 β=kg Β/sec s=kg S/sec B-S μερικώς αναμίξιμα και y s =0 B-S μη αναμίξιμα και Y s =0 βx n-1 = s n Y n + βx n

14 Πολυβάθμια εκχύλιση κατ αντιρροή f σωστό: f αντί x r n : εξερχόμενο υπόλειμμα e n+1 : εισερχόμενο εκχύλισμα f, e 1 r n -e n+1 =Δ ή r n =e n+1 +Δ Δ : σημείο διαφοράς ολικό f+s=r n +e 1 =m f-e 1 =r n -s=δ r n 1 η βαθμίδα f+e 2 =r 1 +e 1 =m f-e 1 =r 1 -e 2 =Δ 2 η βαθμίδα r 1 +e 3 =r 2 +e 2 =m r 1 -e 2 =r 2 -e 3 =Δ n η βαθμίδα r n-1 +s=r n +e n =m r n-1 -e n =r n -s=δ f = e 1 + Δ r n = s + Δ κανόνας μοχλού ΔE f 1 e 1 ΔF γραμμές λειτουργίας Δ, F, E 1 Δ, R n, S Δ, R n-1, E n

15 πολυβάθμια εκχύλιση κατ αντιρροή γραμμές σύνδεσης E 1 R 1 E 2 R 2 E n R n γραμμές λειτουργίας Δ, F, E 1 Δ, R n, S Δ, R n-1, E n f-e 1 =r n -s=r n-1 -e n =Δ

16 προσδιορισμός αριθμού θεωρητικών βαθμίδων ισορροπίας μέθοδος Hunter - Nash γραμμές σύνδεσης Δ, F, E 1 Δ, R n, S γραμμές λειτουργίας F E 1 - R 1 Δ - R 1, E 2 κ.ο.κ. στο παράδειγμα R n =R 4 βοηθητική γραμμή 1. Προσδιορισμός σημείου Δ (δεδομένα F, S, E 1, R n ). 2. χεδιασμός γραμμής σύνδεσης (Ε 1,R 1 ) (1 η βαθμίδα). 3. χεδιασμός γραμμής λειτουργίας ΔR 1 και προσδιορισμός του Ε χεδιασμός γραμμής σύνδεσης E 2 R 2 (2 η βαθμίδα). 5. Επανάληψη της διαδικασίας έως η σύσταση του τελευταίου υπολείμματος γίνει ίση ή μικρότερη από την x n.

17 B, S μη αναμίξιμα β=kg Β/sec s=kg S/sec (y S 0) κλίση β Χ Υ Χ 1 F F Υ Χ s Υ S n β s S β Χ n s Υ 1

18 εκχύλιση στερεών βιομηχανία λιπασμάτων, χρωμάτων, ζάχαρης, ελαίων κ. άλ. 1. διείσδυση του υγρού διαλύτη στους πόρους του στερεού. 2. φυσική διάλυση τού υπό ανάκτηση συστατικού ή χημική αντίδραση αυτού με το διαλύτη. 3. διάχυση τού διαλυμένου συστατικού (προϊόντος της αντιδράσεως) προς τη διεπιφάνεια στερεού-υγρού. 4. μεταφορά τού συστατικού από τη διεπιφάνεια προς την κυρίως μάζα της υγρής φάσεως. συνοδεύεται με άλλες φυσικές διεργασίες π.χ. διήθηση, κατακάθιση (διαχωρισμό διαλύματος από αδρανές στερεό ή υπόλειμμα ) εξάτμιση, κρυστάλλωση, απόσταξη ή εκχύλιση υγρών, (ανάκτηση του χρήσιμου συστατικού και του διαλύτη).

19 ταχύτητα εκχύλισης : διαλυτοποίηση ενός σωματιδίου dm dt k x F(c s c F εμβαδόν της διεπιφάνειας στερεού-υγρού k χ συντελεστής μεταφοράς μάζας στην υγρή φάση. dm dt D L c F s c δ D L συντελεστής διάχυσης στην υγρή φάση D L /δ= k χ dm cs co DL F dt δ φύση τού διαλύτη θερμοκρασία μέγεθος και κατανομή στερεών σωματιδίων υδροδυναμικές συνθήκες (ανάδευση). διαλυτοποίηση ενός συστατικού o o ) διαλύτης : καλή επιλεκτικότητα χαμηλό ιξώδες (εύκολη ανάδευση) t : Δc και ιξώδες Σ : c s μέγεθος σωματιδίων : F l δυσχεραίνει επόμενες διεργασίες

20 διαλυτότητα τριαδικού συστήματος (A-B-S) L κορεσμένο (A/S) κανόνας μοχλού μάζα αδρανούς ζηερεού Β μάζα ακόρεζηοσ διαλύμαηος Μ ΜΜ ΜΒ μάζα L μάζα N NN NL μάζα B μάζα A NA NB

21 βασικοί τύποι εκχύλισης ή μέθοδοι επαφής στερεού-υγρού 1. ταθερή κλίνη στερεών με διέλευση διαλύτη. 2. Κινούμενη κλίνη διά μέσου του διαλύτη (μικρή ταχύτητα) 3. υστήματα διασποράς (ανάδευση) ανάδευση : μικρό μέγεθος σωματιδίων μεγαλύτερη ποσότητα διαλύτη μεγαλύτερος ρυθμός

22 εκχύλιση στερεών μίας βαθμίδας m kg (A+B+S) πολυβάθμια εκχύλιση στερεών με ομορροή

23 διάταξη ασυνεχούς λειτουργίας για εκχύλιση ελαίου από σπέρματα

24 εκχύλιση στερεού σε διάταξη συνεχούς κατ αντιρροή κατακάθισης I, II, III συσκευές ανάμιξης 1, 2, 3, 4 συσκευές κατακάθισης