Треугольная диаграмма Гиббса

Равновесные составы тройных жидких смесей изображают в треугольной диаграмме Гиббса. Вершины равностороннего треугольника соответствуют чистым компонентам (100%), точки на сторонах треугольника – составы бинарных смесей, точки внутри треугольника – составы тройных смесей.

Например, точка М (40% А, 30% В и 30% S). Концентрация компонента В отсчитывается с нуля со стороны AS, А – со стороны BS, S – со стороны AB. Точка В (100% В, 0% А и 0% S).

По правилу рычага состав смеси М, полученный при смешении смесей R и E, лежит на прямой RЕ, и тчка М делит отрезок RE на отрезки RM и ME, обратно пропорциональные количествам смесей R и E:

.

Рассмотрим, например, диаграмму равновесия смеси с одной парой частично растворимых компонентов А и S.

Компоненты А и В, а также В и S неограниченно растворимы друг в друге. R₀R₁R₂…KE₅…E₀ – бинодальная кривая. Под этой кривой - область расслоения, т.е.двухфазных систем. Над этой кривой – область гомогенных растворов. Отрезки R₁E₁, R₂E₂… - хорды равновесия, ноды, коноды. Они соединяют составы (например, R₂ и E₂) сосуществляющих равновесных фаз. Любая смесь, состав которой лежит на ноде R₂E₂ (например, точка М), расслаивается на фазы R₂ и E₂, количества которых определяются по правилу рычага. Пусть S – экстрагент. Тогда состав разделяемой смеси – точка на АВ. В – экстрагируемый компонент. В таком случае R₁, R₂ – рафинатные фазы, Е₁, E₂ – экстрактные фазы.

Проведя касательную к бинодальной кривой из точки S, получим точку С. При концентрации экстрагируемого компонента В выше точки С экстрагирование невозможно, т.к. две фазы уже не образуются т. С – состав экстракта, т. D – состав рафината. Движение от т.R до точки D – удаление из рафинатной фазы экстрагента S, от т. Е до т. С – удаление экстрагента из экстрактной фазы.

3. В промышленности применяют экстракцию одним экстрагентом (чаще всего) двумя экстрагентам. Рассмотрим экстракцию одним экстрагентом.

24.3. Одноступенчатая экстракция

Одноступенчатая экстракция применяется лишь при очень высоком коэффициенте распределения.

В расчетах применяют относительные концентрации извлекаемого компонента В: кгВ/кгА и кгВ/кгS.

Пусть A и S – расходы компонентов A и S, - концентрация компонента В в исходной смеси, и - концентрации В в рафинадной и экстрактной фазах (кг/кг).

Материальный баланс по веществу В:

- уравнение рабочей линии для одноступенчатой экстракции, когда А и S практически взаимно нерастворимы.

α Рабочая линия B1 B2

Чем больше расход экстрагента S, тем меньше , тем меньше содержание экстрагируемого компонента в рафинате, т.е. чище рафинат.

Пусть A и S ограниченно растворимы друг в друге. Если М кг получается из F кг исходной смеси и S кг экстрагента, то по материальному балансу: , где Е и R – количества экстрактной и рафинатной фаз. Расчет – по треугольнику Гиббса.

т. F – состав исходного раствора (задан), количество F тоже задано. Известно соотношение количеств исходной смеси и экстраганта, т.е. F/S задано. Тогда . Т.М – из соотношения FM/MS. Проведя через точку М ноду, находим точки Е и R. По правилу рычага: . Точки Е_к и R_к (составы экстракта и рафината) определяют, проводя лучи из точки S через точкиR и E.

Минимальное количество экстрагента:

.

24.4. Многоступенчатая перекрестная экстракция

Многоступенчатая перекрестная экстракция.

Многоступенчатая перекрестная экстракция в промышленномти применяется ограниченно из-за низкой средней движущей силы. При этом движущая сила падает от первой к последней ступени.

1 – рабочие линии ступеней 1, 2 и т.д. А – очищаемый компонент; В – экстрагируемый компонент.

Экстрагент S подается на ступени экстракции дифференцировано. При этом получается один рафинат несколько экстрактов. Если компонент А и экстрагент S взаимно нерастворимы, то диаграмма у – х процесса:

Исходный экстрагент не содержит компонента В ( ). Т.к. при перекрестной экстракции высок расход экстрагента, она применяется лишь для дешевых экстрагентов.