Ekstragentlarni tanlash. Ekstraktorlar konstruksiyalari. Ekstraksiya jarayonida massa o‘tkazish

Ekstraksiya jarayonida massa o‘tkazish

Ekstraksiya jarayonining kinetik qonunlari massa o‘tkazishning asosiy

qonunlari bilan belgilanadi.
Uchburchakli diagrammada
muvozanat chizig‘ini
tasvirlash.
Fazalar to‘qnashish yuzasini oshirish maqsadida ulardan bittasi tomchi
holida purkaladi. Natijada, bir suyuqlik faza qurilmaning butun hajmida
yaxlit joylashadi, ikkinchisi esa tomchi holida bo‘ladi. F azalarning
birinchisi dispersion, tomchi holatidagisi esa - dispers faza deb nomlanadi.
SH unday qilib, ajratilishi zarur bo‘lgan komponent dispersion faza
ichidan tomchining yuzasiga, keyin esa, uning tarkibiga yoki tegishli
komponent tomchining ichidan chegaraviy (ajratuvchi) yuza orqali dispersion
(yaxlit) fazaga o‘tadi. Jarayon tezligi fazadan fazaga o‘tgan modda miqdori
bilan xarakterlanadi.
Tomchi ichida massa o‘tkazish asosan molekulyar va konvektiv diffuziya
yo‘li bilan ro‘y beradi. Tomchi ichida sirkulyatsiya hisobiga konveksiya paydo
bo‘ladi. J jarayon mobaynida tomchining shakli va o‘lchami bir necha marta
o‘zgaradi. Buning oqibatida fazalar orasidagi o‘zaro ta’sir yuzasi bir necha
bor yangilanadi.
Ekstraksiya jarayonlarida massa almashinishni ifodalash uchun
F ikning 2-qonunidan foydalaniladi.
Umumiy holatda, ya’ni dispersion (yaxlit) va dispers fazalardagi
diffuzion qarshiliklarni inobatga olmaslikni iloji bo‘lmaganda,
massaning ikkala fazada tarqalishi hisobga olinadi.
M assa berish koeffitsiyentlarini hisoblashda ushbu formuladan
foydalanish mumkin:
M = fic -&x№ F (5.144)
m = R d - U № F
bu yerda/Zs’a fy- dispersion va dispers fazalardagi massa berish koeffitsiyenti.
Ushbu koeffitsiyentlar kuyidagi kriterial formulalardan topiladi:
N u c = \ ,P - R ye ° /
M id = 3,75 -YU "3 •R ye l (5.145)
bu yerda Nue = pc-d/De dispersion faza uchun Nusselt kriteriysi; Res = wd/Dc
dispersion faza uchun Pekle kriteriysi; Dc dispersion fazadagi diffuziya
koeffitsiyenti, m2/s; d

Benzin yordamida suvdagi fenol ajratib olinayotgan ekstraksiya jarayonini amalga oshirish uchun mo‘ljallangan rotor-diskli ekstraktorning asosiy o‘lchamlari kuyidagi sharoitlarda aniqlansin:

aralashma sarfi Vx= 0,001389 m 3/s;
- suvdagi fenolning boshlang‘ich konsentratsiyasi Cjg= 0,3 kg/m3;
- suvdagi fenolning oxirgi konsentratsiyasi St = 0,009 k g/m 3 (97%);
- ekstragent tarkibidagi fenolning boshlangich konsentratsiyasi Sun= 0,01 kg/m 3;
- ekstraktordagi temperatura
Vy = ud = 0,002778 m ’ / s ; t = 2,22;
r s = 9 9 7 k g /m 3 r d = % 14kg/m’;
juc = 0,894 mPa • s ; /l d = 0,6 m P a ■ s ;/ = 2 5 °S. t „ = 0 ;
A r =123 k g /m g
D c =1,05-1 O‘9 m 2/ s ;
D n =2-10 ’9l*2 /s ;
Rotor-diskli ekstraktorlarni hisoblashda faqat kolonnaning diametri va ishchi qismining balandligini aniqlash yetarli emas.
Shuning uchun uning ichki qurilmalarining o‘lchamlari (disk va stator halqalar diametrlari, disklar orasidagi masofa) va diskning aylanish chastotasini ham aniqlash kerak.
Rotor-diskli ekstraktorlarni hisoblash uchun 5.61 rasmda keltirilgan sxemadagi uslubdan foydalaniladi:
Ushbu uslubga binoan D j/D , D JD , h/D, hamda nDp nisbatlar boshlang‘ich ma’lumotlardir. Bu yerda D — kolonna diametri; Dp - disk diametri; Dc -stator halqasining ichki diametri; A — seksiya balandligi; l - rotor aylanish ining chastotasi.
Odatda, bunday ekstraktorlarda diskning diametri kolonna diametridan 1,5...2,0, seksiya balandligi esa 2-4 marotaba kichik bo‘ladi.
Qurilmaning ichki uskuna o‘lchamlari uchun kuyidagi nisbatlarni qabul qilamiz:
Bp. - I Be.-I A -L
D ~ 3 ’ D ~ 4 ’ D ~ 3
va nDp = 0,2 m /s sharoitda ishlayotgan ekstraktorning o‘lchamlarini hisoblaymiz.
Tomchilarning o‘rtacha diametrini aniqlash uchun seksiyalar (disklar) sonini bilish kerak. Shuning uchun seksiyalar sonini N = 20 deb qabul qilib olamiz va unda kuyidagi natijani olamiz:
^ , X7 (0,894 10~3) 0-3 -(0,0341) 0J p p p , p , , p7
d = 1 6 >7 ■ 0 f * - g97o.*’9 8 ] o.2 20oJ = 0,00203 m =2,03 mm
Bilqillab qolish davrida fazalarning umumiy soxta tezligi.
Mayda tomchilarning erkin cho‘kish tezligini topish uchun Adamarning tenglamasidan foydalansa bo‘ladi:
A r g d 2 (s a +/ls )w .. =6 (2 s s + 3-M L )
bu yerda n>ch - erkin cho‘kish tezligi; Ar - fazalar zichliklarining farqi; va s d —dispersion va dispers fazalar qovushoqliklari.
Yirik tomchilarni erkin cho‘kish tezligini hisoblash uchun kuyidagi empirik formuladan foydalanamiz:
2 < T < 70 da Q = (0,75 ■ T ) o l
T > 70 bo‘lganda Q = (22 T ) om
bu yerdaO ^ t |5 = 0,75 +ReG _ 4-A p - g - d 2 r ^3 sg
P S • 3r = r 8 M*s
bu yerda
Parametr T=10 ga teng bo‘lsa, bu tomchilarning kritik diametriga mos keladi. Ushbu formulalar yordamida hisoblash w0 = 5,73 ekanligi kelib chiqadi.
Tomchilarning xarakteristik tezliklarini ushbu formulalardan aniqlaymiz;
f Dcll D J " U= 0,562; 1 - \ B l
{ D= 1 - = 0,556;
D^. + DpD’ D c - D pD0,6( 3 2 H — h — U 3 ,3 2 )2 f l )
2+4 3+0,6= 0,485
Demak, a = 0,485 va tomchilarning xarakteristik tezliklari quyidagiga teng bo‘ladi:
wxgp = a w 0 = 0,485 ■ 5,73 = 2,78 sm / s
Bilqillab qolish davridagi fazalarning soxta umumiy tezligi ushbu formuladan topiladi:
w = = (l - 4 • F6 + 7 • F62 - 4 - )• xar
= (l - 4 • 0,382 + 7 • 0.3822 - 4 • 0,382’ ) • 2,78 = 0,756 sm / s
Kolonnaning diametri va ichki uskunalarining o‘lchamlari.
Ushbu shart-sharoitda kolonnaning ruxsat etilgan minimal diametri kuyidagi qiymatga teng:
=\ 4 -(U d +Us ) __ 4 -(0,001389 + 0,002778) _
\tg-(m>d + w c ) \ 3,14-0,00756= 0,84 m
Kolonnaning ichki diametrini 1 m ga teng deb olamiz. Bunday kolonnada fazalarning soxta tezliklari:
wy = m>d = 0,354 sm /s; wy =wr = 0,177 sm /s ga tengdir.
Fazalar tezliklarining yig‘indisi ularning bilqillab qolish davridagi umumiy tezlikning 69% ni tashkil qiladi.
Ekstraktor ichki uskunalarining asosiy o‘lchamlari:
r D S\ 2D P = D- = 1 - ^ = 0,667 m;
D = Dk D jr i. \= !• — = 0,75 m ;
Ideal siqib chiqarish rejimiga to‘g‘ri keladigan suv fazasida massa o‘tkazish koeffitsiyenti va o‘tkazish birligi balandligini hisoblaymiz:
K = 1 I 1 1-1f 1 1 1
U , ’ t - fiJ 1,0,657-] O‘4 2,22 -0,0488-1 O‘4 J= 0,93-10 ’5 m/s
YA =w . 0,00177
K -a 0,93 -10~5 -500= 0,381 m
Ushbu jarayonda fazalarning sarflari umuman o‘zgarmaydi va fazalar orasidagi muvozanat to‘g‘ri chiziqli bog‘liqlik bilan ifodalanadi.
Shuning uchun o‘tkazish sonining birliklarini hisoblashda ushbu formuladan foydalanamiz:
t ■=Uu/Ux t - s x6+ t 0 uox
V.= 2 ,2 2 -2 = 4,44 1110 = 0.
4,44 , 2,22-0.3-0,1555 spo
N = —------In ----------------= 5,08“ 4 ,4 4 -1 2,22-0,009-0,01
Shunday qilib, ideal siqib chiqarish rejimida ikkala faza bo‘yicha kolonnaning ishchi balandligi
N = pox- N ox = 5,08 ■ 0,381 = 1,93 m
Bo‘ylama aralashishni hisobga olgan holda kolonnaning balandligini aniqlash uchun mavhum o‘tkazish soni birligini ketma — ket yaqinlashish usulidan foydalanamiz. Buning uchun avval Pekle kriteriysini ikkala fazalar uchun topamiz:
R ye - w y N - 0^00354 - 6,66
b>’ _ ~ 3 8 • 1 0 ~ 4= 6,2
R ye = n ^ = 0 M 7 7 ^ 6 6 =1766 , 6 9 ■ 1 0-4
Birinchi yaqinlashuvda fy va f x koeffitsiyentlar qiymatlarini aniqlaymiz:
l =J [ l - e x p ( - P e y ) \ ’
Pe„L [ l- e x p { - 6 ,2 )1 ’Y = ] ]92
j- = [] - exP (- P e x)\’ \ ’ = f; [l- ex p (-1 7 6 W \ ’ - 1> 06
IL=H„+— - + or ox .m-V . V. u J
66010^ 38-lCT^ =0,3 81+ - - - - + 0 2 2 5 2 - ^ - ^ ---- =0,94 fa
0,001771,06 0,003541,192 bu yerda m ■ Vy 2,22 ■ 2
H’ox = 0 ,9 4 1 m qiymatga kolonnaning= 0,2252
H = H’ox pox = 0,941 • 5,08 = 4,78
balandligi to‘g‘ri keladi. Hisoblash natijasida olingan va щ x lar yordamida Pekle kriteriysi, f y va f x koeffitsiyentlarning aniqroq qiimatlarini topamiz:= 0 ^ 0 3 5 4 ^ 7 8 = ’ 38 ■ 10
0,00177 -4 78 =* 6,69 • 10/>\ [l-e x p { -P e y) \ ’ }
1 —m -V / Wy K ,
= { ; - [ 7 yeXr( 4’45^ ’1 - {1 - 0 ,2 2 5 2 )----------------------- = 0,401
4,45--------v-------- 0,00354-0,941
J [ l- e x p { -P e x)] ’
Re,1 7m -V
J l A l - M - 1 2 , 6 ) r Y +{] u _6,69-10-12,6 v ’ 0,00177-0,941
Ikkinchi ketma-ket yaqinlashuvda zohiriy o‘tkazish sonining birligi quyidagi qiymatga teng bo‘ladi:
-P7V1 6 , 6 9 - 1 0 . . . . . 3 8 -1 0 -4 _...
— 0,381 l---------------------1- 0,2252---------------------— —1,25 m
0,00177-1,4 0,00354-0,401
N’ox = 1,25 qiymatida kolonnaning zarur balandligi N = 1,25-5,08= 6,35 m ga tengdir.
N’ox va larni hisoblashni bir necha marta ushbu parametrlarning oxirgi ikki kriteratsiyasining son qiymatlari teng bo‘lguncha o‘tkazamiz va
N’ox =1,15 m ; N = 5,84 m ekanligini aniqlaymiz.
Disklar orasidagi masofa 0,33 deb qabul qilganimiz uchun = 5,84 m li
kolonna disklarining soni
5,84 0,333= 17,5 ta
Disklar sonini 18 ta desak, ishchi zonaning balandligi quyidagi qiymatga teng bo‘ladi.
N = 18 0,333 = 6 m
M ikdori 20 ga teng deb olingan edi. Agarda kuyidagi tenglamaga:
0’3 - a 0’5 d = 16,7 Is
( n - D p) oy p°c 8 - g 0’2 № -23
N = 11 qo‘ysak, tomchilarning o‘rtacha o‘lchami d = 2,08 mm ligini bilamiz va bu o‘lcham N = 20 dagi d qiymatidan 25% ga farq qiladi.
Tomchilarning o‘lchami va ekstraktorning qolgan boshqa gidrodinamik parametrlarini qaytadan hisoblashga o‘rin yo‘q, chunki bunday chetga chiqish yuqorida keltirilgan tenglamaning aniqlik doirasida joylashgan.
Kolonnaning balandligiga bog‘liq bo‘lgan dispers yuzadagi modda berish koeffitsiyenti ham mutlaqo o‘zgarmaydi. Agar hisoblash natijasida ekstraktorning balandligi boshida olingan qiymatdan farq qilganda, hamma hisoblashni takrorlashga to‘g‘ri kelar edi.
Tomchining o‘rtacha o‘lchamini aniqlashdan tortib ekstraktordagi kolonna balandligini hisoblash natijalari shuni ko‘rsatadiki, bo‘ylama aralashtirishning salmog‘i ancha katta.
Bo‘ylama aralashtirish yuqoriligi sababli kerakli ishchi zonasining balandligi 3 marta ortadi.
Reynolds kriteriysining katta qiymatlari {Re > 105) uchun aylanayotgan diskni quvvat kriteriysi tahminan K ^ — 0,03.
Bizning misol uchun R e^ < J 9 7 0,3 0 ,6 6 7 ^ !49000 f i M 0,894 10 ’ 3
Aralashtirilayotgan muhitning o‘rtacha zichligi
r = f .R d + ( \ - f ) ,r m = 0,169-874 + (1 - 0 , 169;-997 =976 k g/m 3
Bitga disk yordamida aralashtirish uchun kerakli energiya sarfi quyidagiga teng bo‘ladi:
N = KN-p - p 3- D i = 0,03■ 976 ■ 0,3s ■ 0,667s = 0,1 Vt
Odatda rotor-diskli ekstraktorlarda ishchi va cho‘ktirish zonalarining balandliklari bir xil bo‘ladi. Agarda, ushbu formula orqali benzol tomchilari koalensensiya bo‘lishi uchun zarur vaqtning = 1,32-105\ U g n \ °18 L r -g-d i,32 va uning asosida cho‘ktirish zonasining hajmi hisoblansa ushbu zonaning balandligi tahminan 0,2 m ga teng bo‘ladi. Ma’lumki bu turdagi ekstraktorlarda cho‘ktirish zonasi ishchi zonasining davomi bo‘lib, unda suyuqlik intensiv harakat qiladi. Shuning uchun cho‘ktirish zonasi 2 qismdan iborat bo‘lgani maqsadga muvofiqdir, ya’ni cho‘ktirish va oraliq turg‘unlashtiruvchi zonalardan. Yuqorida aytilganlarni hisobga olsak, cho‘ktirish zonasining to‘liq balandligi 1,2 m ga teng bo‘ladi