Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Іонообмінні процеси. В іонообмінних процесах відбувається вибіркове поглинання одного або кількох компонентів з розчину за допомогою іонітів. Відміна іонообмінних процесів від звичайних адсорбційних полягає в тому, що обмін іонами, який відбувається між іонітами і розчином, пов'язаний з перебігом гетерогенної хімічної реакції між іонітом і хімічною сполукою, що знаходиться в розчині. В процесі іонного обміну, як і під час адсорбції, відбувається переміщення іонів з розчину до поверхні іоніту й витіснення іонів з цієї поверхні в розчин (зовнішня дифузія), а також переміщення тих самих іонів у середині зерен іоніту (внутрішня дифузія).
Процеси іонообмінної сорбції дедалі частіше застосовуються в промисловості. За своїми техніко-економічними показниками вони
можуть успішно конкурувати з процесами ректифікації, екстракції та ін.
Будова іонообмінних апаратів та установок. В промисловості поширені іонообмінні установки періодичної дії з нерухомим шаром іонообмінника. Іонообмінний апарат (рис. 73) складається з циліндричного корпусу / і опорної гратки 2, на якій розміщено шар гранульованого іоніту 3. Для рівномірного розподілу розчину і щоб запобігти ви-
}
Іоніт
Ґрабш
3^r
Рис. 73. Схема іонообмінної установки:
/ — корпус апарата; 2 — опорна гратка; 8 — шар Іоніту, 4 — 6 — розподільні пристрої; 7 — відцентровий насос, 8 — бак з регенеруючим розчином; 9 — вивід відпрацьованого розчину; 10. 11 — ввід і вивід промивної водн, 12 — ввід вихідного розчину; 13 — вивід регенерованого розчину.
несенню частинок іоніту в апараті встановлено розподільні дірчасті труби 4, 5 і 6 для проходження розчину. Іноді награтку 2 насипають шар гравію не більш як 200 мм завтовшки. На початку роботи розчин надходить через розподільний пристрій 4, проходить крізь шар іоніту згори вниз і видаляється через розподільний пристрій 5. Потім через пристрій 5 подається під тиском промивна вода, яка проходить через шар іоніту знизу вгору і видаляється через пристрій 4. Для регенерації іоніту через пристрій 6 насосом 7 з бака 8 в апарат подається регенеруючий розчин, який рухається згори вниз. Як регенеруючі розчини, наприклад при очистці води, використовують розчини NaCl1 H2SO4, NaOH, які для більш ефективної очистки, рухаються через апарат в напрямі, протилежному руху розчину, що очищається.
§ 3. ПРОЦЕСИ ЕКСТРАКЦІЇ
Екстракцією, або екстрагуванням, називають процес вилучення одного або кількох компонентів з розчинів або твердих тіл за допомогою вибіркових розчинників (екстрагентів).
Фізична суть екстрагування полягає в переході вилученої речовини з однієї фази (рідкої або твердої) у фазу екстрагента під час їх взаємного дотику. В хімічній технології екстракція з розчинів більш поширена, ніж з твердих тіл. Екстракцію з твердих тіл або квазітвер-дих матеріалів (наприклад, з тканин рослинного походження) застосовують в основному в лісохімічній, харчовій та фармацевтичній про мисловості.
Процеси екстракції в системах рідина — рідина дуже широко застосовуються в хімічній, нафтохімічній, нафтопереробній та інших галузях промисловості, в науково-дослідній роботі та аналітичній практиці, їх ефективно використовують для виділення в чистому вигляді різних продуктів органічного і нафтохімічного синтезу, вилучення і розділення близьких за своїми властивостями рідкісних і розсіяних елементів, для очищення стічних вод та ін.
Екстракція в системах рідина — рідина — це масообмінний процес, який відбувається з участю двох взаємно нерозчинних або обмежено розчинних рідких фаз, між якими речовина, що екстрагується, розподіляється нерівномірно.
Внаслідок взаємодії фаз утворюється екстракт (розчин вилучених речовин в екстрагенті) і рафінат — залишок вихідного розчину, з якого видалено компоненти. Утворені рідкі фази — екстракт і рафінат — відокремлюються одна від одної відстоюванням, центрифугуванням або іншими механічними засобами. Після розділення фаз вилучають екстраговані елементи з екстракту (ректифікацією або ре-екстракцією водою) і проводять регенерацію екстрагента з рафінату. Для полегшення переходу компонентів, наприклад солей металів, в органічну фазу іноді застосовують висолювання. Для цього у вихідний розчин добавляють солі з однойменним іоном, регулюють рН розчину, концентрацію і в'язкість екстрагента та ін. Найважливішою перевагою процесу екстракції порівняно з іншими процесами розді-
лення рідких сумішей є низька робоча температура процесу (кімнатна).
Рівновага в системах рідина — рідина. Дані про рівновагу необхідні при вирішенні всього питання організації і проведення процесу екстракції. Фазова рівновага в системі рідина — рідина визначає граничні концентрації екстракту та рафінату.
Закони розподілу. Стан рівноваги в системі рідина — рідина визначається рівнянням хімічних потенціалів речовин, що розподіляються в обох фазах. Кількісно рівновагу виражають двома способами, її характеризують відношенням концентрацій розподіленої речовини в фазах — коефіцієнтом розподілу k
kp — ¦
(130)
де у і х — рівноважні концентрації розподіленої речовини в екстракті і рафінаті.
