Извлечение и очистка шламов
Процесс экстракции включает в себя три последовательные стадии
► смешение исходной смеси веществ с экстрагентом
► механическое разделение - расслаивание двух образующихся фаз
► удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования .
После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте-экстракт и остаток исходного раствора или твердого вещества.
Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация эстрагента производится различными методами , в том числе и простым отстоем.
Примечание : отстоем в стандартном резервуаре достигается разделение шламов и продуктов –например для нефти в резервуаре 20 000 на перекачивающих станциях этот процес идёт минимум три недели. И за эти три недели осевший шлам превращается в монолит, который сначала разрушают гидромонитором, а затем шламовыми насосами эвакуируют из резервуара.
В нашем варианте требуемое время для интенсивного контакта в потоке подаваемой в резервуар нефти – 45 минут и время отстоя под действием гравитации - 60 минут, а при прогоне через экстрактор первой ступени – максимум 10 минут. Из экстрактора первой ступени шлам отводится непрерывно и очистка резервуара –не нужная операция.
Достоинством экстракции являются
► низкие рабочие температуры,
► рентабельность извлечения веществ из разбавленных растворов ,
► возможность разделения смесей и азеотропных смесей ,
► возможность сочетания с другими технологическими процессами ,
► простота аппаратуры и доступность ее автоматизации.
Экстракция подчиняется законам диффузии и равновесного распределения .
При экстракции из жидкостей после смешения исходного раствора с экстрагентом и расслоения образовавшейся смеси концентрация у экстрагируемого вещества (В) в фазе экстракта больше его концентрации х в фазе рафината.
При взаимной нерастворимости экстрагента (С) и растворителя (Л) исходного раствора зависимость у от х для равновесной системы ( для которой у обозначается как Yр) изображается в диаграмме у-х. Если раствор разбавлен, а вещество В в экстракте находится в неассоциированном и недиссоциированном состояниях, отношение ( коэффициент распределения ) - величина постоянная, не зависящая от концентрации, и линия равновесия в диаграмме у – х является прямой ;
в противном случае Кр –функция концентрации , и линия равновесия криволинейна.
Кр всегда зависит от температуры, практически не зависит от давления, определяется он экспериментальным путем.
Вследствие кратковременности и несовершенства акта смешения экстрагента и исходного раствора действительная –рабочая- концентрация у всегда меньше равновесной ур .
Степень приближения у к ур характеризует эффективность экстракции ,а разность ур – у является его движущей силой.
В результате однократной экстракции возможна сравнительно небольшая степень извлечения вещества В из исходного раствора, поэтому прибегают к многократному повторению актов смешения и последующего расслаивания взаимодействующих фаз при встречном движении .
Если в исходном растворе концентрация вещества В уменьшается от х1 до х2 , то его концентрация в фазе экстракта возрастает от 0 до у1 .
Теперь об экстракции –формулами.
Из уравнения материального баланса экстракции
Dy1=W ( x1 - x2 ) = M (a )
D и W – соответственно расходы чистого экстрагент и чистого растворителя - можно определить расход экстрагента.
Кинетика экстракции описывается общим уравнением массообмена
M = KcFt
Где М –количество экстрагированного вещества ,
К –коэффициент массопередачи ,
с –средняя разность концентраций экстрагируемого вещества в обеих фазах ,
F – величина межфазной поверхности , t-время.
Величина с однозначно определяется заданными концентрациями х, у и у1 , поэтому для достижения больших значений М стремятся увеличить К путем турбулизации потоков взаимодействующих фаз - в нашем случае на специально секционированных тарелках с турболопатками на боковых поверхностях и введением внешней дополнительной энергии – пульсации с изменяемой амплитудой и частотой .
Имея авторское свидетельство от 1975 года я применил в схеме для финишной очистки извлечённого шлама пульсауионный экстрактор, позволивший уменьшить экстрактор по высоте пр. в 12 раз и завершить процесс очистки на этой стадии.
F варьируется путем диспергирования одной из фаз –экстрагента или исходного раствора - на мелкие капельки.
Точное значение К пока не может быть рассчитано теоретическим путем , поэтому эффективность нашего процесса экстракции выражают числом ступеней равновесия . Графическое определение ступеней равновесия показано на рисунке.
Эти задачи могут решить и при серьёзной постановке задачи – решают пилотные прогоны очищаемых сред на заданном экстрагенте при различных режимах и при различных концентрациях экстрагента .
Продолжая акты смешения и расслаивания , можно добиваться дальнейшего понижения компонента В в рафинате , то есть повышения степени экстракции.
Наиболее эффективна непрерывная экстракция , осуществляемая в многоступенчатых экстракторах при противотоке исходного вещества и экстрагента.
В этом случае требуемая степень экстракции достигается при наименьшем расходе экстрагента.
Для нефти и экстрагента можно рассматривать такие отношения в части парафинов и стеаринов. Имеется результат извлечения парафинов около 0,8 % . Но многое зависит от задачи, стоящей перед процессом. Если применять эту технологию для подготовки сырой нефти на промыслах , то парафины и сера извлекаются каждый до одного процента.
--
| 
