Ellenáramú keverő-ülepítő extraktor (mixer-settler)

Ellenáramú keverő-ülepítő extraktor (mixer-settler) 1. Bevezetés A folyadék-folyadék extrakció széles területen (hidrometallurgia, petrolkémia, gyógyszer-, élelmiszer- és vegyipari termékek előállítása) alkalmazott, nagyipari elválasztó művelet. Egyik jól ismert alkalmazási terület az antibiotikumok (pl. penicillin) kivonása fermentlevekből, ahol a termékek hőérzékenysége miatt nem lehet magas hőmérsékletű műveleteket (pl. bepárlás) alkalmazni. Az ércek feltárása szilárd-folyadék extrakcióval, majd az anyalúgból a fémek kivonása folyadék-folyadék extrakcióval a 70-es évektől kezdődően vált nagyipari előállítási eljárássá. Extrakcióval olyan érceket dolgoznak fel, amelyekből a fémek kinyerése (az alacsony fémtartalom miatt) a hagyományos kohósítással már nem gazdaságos. Ma már nagyon sok fém (Cu, Ni, Co, W, Mo, Cr, V, Zn, Cd, Th, ritkaföldfémek, nemesfémek stb.) előállítható extrakciós technológiával. A 80-as évektől a szennyvíztisztításban is növekszik az extrakció felhasználása fémionok eltávolítására. A környezetvédelem területén az extrakció különösen alkalmas szerves, mérgező anyagok (pl. fenolok) híg vizes oldatának feldolgozására, mert kevesebb energiát igényel, mint a desztilláció. A folyamatos működésű extraktorokat három fő csoportba sorolhatjuk: keverőülepítő egységekből álló készülékek, centrifugális extraktorok, és ellenáramú oszlopok. Nagy mennyiségű anyagok feldolgozásához, vagy ha az elválasztáshoz sok egyensúlyi fokozat (elméleti lépcső) szükséges, a keverő-ülepítő (mixer-settler) extraktor az alkalmas készülék. 2. Elméleti összefoglaló A folyadék-folyadék extrakcióban két nem elegyedő folyadék (rendszerint egy vizes és egy szerves oldószeres fázis) között történik anyagátadás. Egy egyszerű háromkomponensű rendszerre a Nernst-féle megoszlási hányados (m) definíciója: y m (1) x ahol y a megoszló anyag egyensúlyi koncentrációja az extraktumban, x a megoszló anyag egyensúlyi koncentrációja a raffinátumban (a koncentrációkat sokféle formában szokták használni, pl. móltört, kg/m3, kg/kg, mol/m3 stb.). Raffinátumnak azt a fázist nevezzük, amelyikben a megoszló anyag eredetileg van. A megoszlási hányados általában függ az összetételtől és a hőmérséklettől (mérsékelt nyomáson a nyomásfüggés elhanyagolható). A folyamatos művelet má1

sik fontos jellemzője a két nem elegyedő fázis áramának arányával definiált folyadékarány (f):  V m n (2) f  E vagy f  E vagy f  E  V m n R

R

R

ahol V térfogatáram, m tömegáram, n móláram (E és R indexek az extraktumra és a raffinátumra vonatkoznak). A folyadékarány számértéke függ az áramok dimenziójától, ezért ügyelni kell arra, hogy a koncentrációkat és anyagáramokat azonos rendszerhez tartozó mértékegységekkel használjuk. Az ellenáramú extraktorokat általában az egyensúlyi fokozatok (lépcsők) számával (N) jellemezzük (még akkor is, ha folytonos érintkeztetésű oszlopokról van szó). Az ellenáramú többfokozatú extraktor folyamatvázlata az 1. ábrán látható. A folyadékáramokat általánosan E (extraktum) és R (raffinátum) betűkkel jelöljük.

1. ábra. Folyamatos ellenáramú extraktor vázlata Abban az esetben, ha a két oldószer nem oldódik egymásban, a koncentrációk kicsik és a megoszlási hányados állandó, analitikus összefüggést kapunk az extrakció műveletének számítására: xN  yN 1 / m E 1  N 1 x0  yN 1 / m E  1

(3)

ahol E = fm extrakciós tényező (vagy részesítő hányados), yN 1 az extraháló oldószerben a megoszló anyag koncentrációja (sok esetben tiszta oldószert használnak, ekkor yN 1 = 0). A (3) összefüggés, vagy a képlet felhasználásával készült diagram (2. ábra), alkalmazásával az extrakciós veszteség (xN/x0), az extrakciós tényező (E), illetve az extrakciós lépcsők száma (N), a másik két paraméter ismeretében, meghatározható.

2

2. ábra. Folyamatos ellenáramú extraktor veszteség diagramja Ha a megoszlási hányados ( m ) változik az összetétellel, de a folyadékarány ( f ) még állandó akkor a McCabe-Thiele féle szerkesztés használható a számításokhoz. Írjuk fel a megoszló anyag komponens mérlegét a n és N lépcsőkkel határolt extraktor részre (1. ábra).

3

 R xn1  m  E y N 1  m  R xN  m  E yn m

(4)

Ebből átrendezéssel megkapjuk a munkavonalat.

yn 

m R xn1  x N  y N 1 m E

(5)

R m  E  1 / f meredekségű egyenes, amelynek végpontjai A munkavonal egy m ( x N , y N 1 ) és ( x0 , y1 ) koordinátákkal adható meg. A lépcső szerkesztés menetét a 3a. ábrán mutatjuk be. Ha a fázisarányt csökkentjük (növekszik a munkavonal meredeksége), akkor nagyobb lesz az extraktumban a koncentráció (y1), de több elméleti fokozat szükséges az elválasztáshoz. A működési tartományban gazdasági számításokkal lehet eldönteni, hogy a beruházási költség (többfokozatú készülék), vagy az üzemeltetési költség (az oldószer regenerálása) a meghatározó. Természetesen az oldószerarány nem csökkenthető tetszőlegesen. A 3b. ábrán látható, hogy, amikor a munkavonal az x0 összetételnél metszi az egyensúlyi görbét, akkor az elválasztás már csak végtelen sok elméleti fokozattal valósítható meg. Az ehhez tartozó fázisarányt minimális fázisaránynak ( f min ) nevezzük. A művelet tervezésénél ennél az értéknél kellően nagyobb fázisarányt kell választani.

3. ábra a, A McCabe-Thiele féle szerkesztés alkalmazása ellenáramú extrakciónál; b, a minimális fázisarány meghatározása

Ha a két oldószer gyakorlatilag nem elegyedik egymással és a folyadékarány változását csak az egyik fázisból a másikba átoldódó anyag okozná, a folyadékarányt a két tiszta oldószer mennyiségének hányadosával lehet definiálni. Az így definiált folyadékarány konstans. Az extrakció értékelése a 3. ábrán bemutatott

4

módszerrel történik figyelembe véve, hogy az y és x koncentrációkat is a tiszta oldószerekre kell vonatkoztatni. Ha a két oldószer egymással számottevően elegyedik, és a folyadékarány változik a készülék hossza mentén, a veszteséget háromszögdiagramban végzett szerkesztéssel vagy számítógéppel lehet meghatározni. Háromnál több komponenst tartalmazó rendszerek mérlegegyenletei csak számítógéppel oldhatók meg. Az extraktor működése A készülék mechanikus keverővel ellátott keverőtartályból és a hozzá kapcsolódó ülepítő edényből álló egységekből épül fel. A keverő-ülepítő extraktor működésének alapelve, hogy a két fázis a gravitáció hatására áramlik keresztül a készüléken. A laboratóriumi extraktor egy lépcsőjének vázlatát a 4. ábra mutatja be. A keverőtartály alján lép be a nehéz fázis, felső részén a könnyű fázis. A fázisokat felső szívású centrifugálkeverő keveri össze. A keverő-tartályban az intenzív keveredés hatására finom emulzió keletkezik. Amennyire csak lehetséges, az emulzió legyen közelítőleg homogén, különben a felső rész nem lesz eléggé emulzifikált, és ez megakadályozza a könnyebb fázis áramlását. A többfokozatú extraktor (battéria) működését tehát az emulzió és a szétválasztott fázisok közti hidrosztatikus egyensúly biztosítja. Ennek folytán egy battéria még akkor is nagy biztonsággal működőképes, ha a két fázis áramának a viszonya nagyon különbözik az egységtől (pl. f  5 vagy f  1/5, ahol f a fázisok tömegáramának vagy térfogatáramának a viszonya). Kis átalakítással a battéria az 1:5 értéket messze túlhaladó áramarányok mellett is működtethető. Ez esetben a keverő és saját ülepítője között olyan rövidzárást építünk be, mely lehetővé teszi a kisebb áramban betáplált fázis recirkulációját az ülepítőből a keverőbe. A keverő-ülepítő extraktornál a hatásfok egy maximális értéknél kisebb terhelés esetén, független a feldolgozandó anyag tulajdonságaitól és a terheléstől. A készülék minden egyes lépcsőjében beáll a fázisegyensúly, azaz mindegyik lépcső 1 elméleti fokozatnak felel meg. Tehát, ha számítással meghatározzuk, hogy az extrakciós feladat végrehajtásához hány elméleti fokozatra van szükség, akkor ugyanannyi lépcsőből álljon a berendezés is.

5

4. ábra. Az extraktor egy lépcsőjének vázlatos rajza Az anyaoldatban maradó extrahálandó anyag mennyisége (veszteség) tetszőlegesen kis értékre csökkenthető az extraktor lépcsőszámának növelésével, ami egyszerűen megvalósítható további egységek hozzákapcsolásával. A készülék típus 6

további előnye, hogy szilárd szennyező anyag a működését nem zavarja, üzemzavar miatti leállás után könnyen indítható és mindegyik keverőtartályban beállítható az optimális keverő fordulatszám. A keverő-ülepítő extraktor laboratóriumi félüzemi kísérletek alapján biztonságosan tervezhető. Hátránya az oszlopokkal szemben, hogy nagy a helyigénye, nagy a készülékben lévő oldószer térfogata és viszonylag jelentős az energiaigénye. A keverő-ülepítő extraktor méretezése A keverő tartályok méretezése Az emulzióképzés leggyakrabban egyszerű keverős tartályban történik. Javasolt keverő típusok: turbina, tárcsás turbina vagy az extrakciós célra kifejlesztett felső- illetve alsószívású centrifugál keverők. A tartályokba törőlemezeket helyeznek. Javasolt geometriai arányok: a keverő átmérője: d k  0,33  0,4D a keverő szélessége: b  0,05  0,1D a törőlemez szélessége: w  0,07  0,1D A folyadék magassága: H D a keverő távolsága a tartály aljától: h  0,33  0,5D ahol D a tartály átmérője (m). A folyadék-folyadék rendszerek fizikai-kémiai tulajdonságait nem ismerjük elég jól, ezért a tervezéshez kísérleteket kell végezni laboratóriumi készülékben. Az anyagátadási vizsgálatokat szakaszosan végezzük, mert a folytonos készülékben az anyagátadás mérése, a nagy anyagfelhasználás miatt, költséges. A szakaszos méréseknél óvatosan egymásra rétegezzük a két fázist a tartályban. Elindítjuk a keverőt és az időmérést. Meghatározott időközönként mintát veszünk az emulzióból és szétülepedés után az egyik, vagy mindkét fázisban meghatározzuk a megoszló anyag koncentrációját. A mérések értékelése viszonylag egyszerű. Az esetek többségében az anyagátadás a sebesség meghatározó részfolyamat és elsőrendű kinetikával jól leírható:

c  c 1   sz   e kt  c0  c

(6)

ahol  sz a szakaszos anyagátadás hatásfoka, c a megoszló anyag koncentrációja a vizsgált fázisban (mol/m3), c 0 a kezdeti koncentráció (mol/m3),

c  az egyensúlyi koncentráció (végtelen idő múlva) (mol/m3), k látszólagos sebességi állandó (s-1), t idő (s). A k sebességi állandó értéke a szakaszos mérésekből grafikusan meghatározható, ha a log(1   sz ) értékeket ábrázoljuk az idő függvényében. Az így kapott k értékeket azután felhasználhatjuk a folyamatos üzemű keverő tartályok számításához:

7

1  f 

c  c 1   c0  c 1  tk

(7)

ahol  f a folyamatos keverő anyagátadási hatásfoka,

t az átlagos tartózkodási idő (s). Kis molekulájú és kis viszkozitású anyagok esetén, a tapasztalat szerint 1 – 2 perc tartózkodási idő elegendő az egyensúly beállásához. Reaktív extrakciónál (pl. fémek extrakciója vagy antibiotikumok kinyerése fermentlevekből) a szükséges tartózkodási idő lényegesen nagyobb is lehet (ezért kell mérésekkel meghatározni). A tartály térfogata a betáplálási áramokból és a tartózkodási időből számolható:

V  t (VR 0  VE ( N 1) )

(8)

A méretnövelésnél a geometriai hasonlóságot biztosítani kell. A keverő fordulatszám megválasztása a következőképpen történik. Laboratóriumi üveg edényben keverjük a két fázist. Az edény legalább 10 dm3 térfogatú legyen. Olyan fordulatszámot állítunk be, hogy az edényben homogén emulzió alakuljon ki. A méretnövelés kritériuma, hogy az egységnyi folyadék térfogatra jutó keverési teljesítmény azonos a laboratóriumi és az ipari tartályban. Folyadék-folyadék rendszer keverésekor a keverési Reynolds-szám ( Re k ) nagy, azaz a turbulens tartományban üzemel a keverő, ahol a keverési Euler-szám ( Eu ) állandó. A teljesítményfelvétel a keverő átmérő és a fordulatszám függvénye

P  Eud k n 3 ~ d k n 3 . 5

5

(9)

A kevert folyadék térfogata a keverő átmérő harmadik hatványával arányos 2 V  D H

4

~ dk

3

(10)

P a keverő teljesítmény felvétele (W), n a keverő fordulatszáma (s-1),  a folyadék emulzió sűrűsége (kg/m3).

ahol

Az azonos fajlagos teljesítmény felvétel alapján az üzemi keverő fordulatszáma

nü  n m ( ahol ü

d km

d kü

)

2

3

(11)

m index a modell kísérletekre, index az üzemi készülékre vonatkozik.

Az ülepítők méretezése Az egyszerű gravitációs ülepítők rendszerint szögletes, vagy fekvő hengeres tartályok. Az emulzió szétválása nem teljesen ismert folyamat. Legtöbbször nem a cseppek ülepedése, hanem azok egyesülése (koaleszcencia) a meghatározó részfolyamat. A koaleszcencia függ a komponensek fizikai-kémiai tulajdonságaitól, a koncentrációtól, a hőmérséklettől,

8

a cseppméret eloszlástól, sőt a kis mennyiségű, ismeretlen szennyező anyagoktól is. Ezért az ülepítők csak kísérletek alapján tervezhetők. Szakaszos vagy folyamatos üzemeltetéssel kísérleteket végzünk laboratóriumi ülepítőkben. A szakaszos kísérletek igen egyszerűen elvégezhetők. Az üveg edénybe, amelyet a keverő méretezésénél használtunk, betöltjük a két folyadékot meghatározott arányban és néhány percig keverjük. A fordulatszámot úgy választjuk meg, hogy az emulzió láthatóan homogén legyen. A keverés leállítása után mérjük az emulzió szétválási idejét. A tiszta fázisok magasságát ábrázoljuk az idő függvényében. Az 5. ábrán mutatunk egy tipikus ülepedési görbét.

5. ábra. Emulzió szétválási idő mérése szakaszos ülepítőben (metil-izobutil-keton – víz rendszer, f=0,5, H=27,5 cm, D=20,7 cm) A mérésből kapott szakaszos szétválási időből és a folyadékoszlop magasságából meghatározhatjuk a látszólagos ülepedési sebességet, amelyből az üzemi ülepítő fajlagos terhelése számolható

V H sz  A t sz

(m3/m2h)

(12)

ahol V  VR 0  VE ( N 1) a betáplálási térfogatáram (m3/h),

A az ülepítő felülete (m2), H sz a folyadék magassága a szakaszos kísérletnél (m), t sz a szakaszos szétválási idő (h). A megoszlási hányados koncentráció függését is megvizsgálhatjuk, ha a stacionárius működésű laboratóriumi extraktor mindegyik keverő edényéből mintát veszünk, az emulziót választótölcsérben szétválasztjuk és megmerjük mindkét fázisban a megoszló anyag koncentrációját. A laboratóriumi extraktor huzamosabb üzemeltetésével egyéb ismereteket is gyűjthetünk, amelyeket felhasználhatunk az üzemi készülék tervezésénél. Például a stabil emulzió képződése vagy szilárd anyag kiválása figyelhető meg az idő előrehaladásával.

3. A készülék leírása és útmutatás a mérési gyakorlathoz 3.1. Laboratóriumi keverő-ülepítő extraktor vizsgálata Az extraktor leírása 9

A kétfokozatú extraktor 4 darab, azonos térfogatú üvegedényből készült. A keverők fordulatszáma külön-külön, fokozatmentesen változtatható. A folyadékokat perisztaltikus szivattyúval tápláljuk a keverőedényekbe. A térfogatáramokat rotaméterrel mérjük. Az extraktum és raffinátum áramok túlfolyó csövön keresztül a szedőedényekbe folynak. Mennyiségüket tömegméréssel határozzuk meg. A készülékben a fázishatár szintjét (ezzel a belső folyadékarányt, holdup-ot) a nehéz fázis elvezető csövének magasságával állíthatjuk a kívánt értékre. Az extrakciós mérés leírása – borostyánkősav extrakciója vizes oldatból nbutanollal A mixer-settler készülék keverő és ülepítő egységeit töltsék fel butanollal telített vízzel (alsó fázis) és vízzel telített butanollal (felső fázis) úgy, hogy kb. 1:1 fázisarány legyen az edényekben. Ellenőrizzék a készülék vízszintjét és szükség esetén állítsák be. A mérés során rendszeresen ellenőrizzék a vízszintet, és ha kell, korrigálják a beállítást. Mielőtt az extraktort elindítanák a kifolyó csöveket a megfelelő szedőkbe kell tenni, ügyelve arra, hogy a csövek vége ne érjen a folyadékba. Indítsák el a keverést, 500 1/min fordulatszámon. A betáplálást a mérésvezető adja meg (célszerűen mindegyik fázis árama 0,8-1,2 l/h legyen). Amikor a meghatározott beállítással a betáplálást elindítják a készülékbe, akkor a rotamétereket olvassák le, és állandó rotaméter állást tartsanak a mérés során végig (szükség esetén a perisztaltikus szivattyúk állításával). A perisztaltikus szivattyúk megfelelő beállításához tartozó térfogatáramokat a mérés végén kalibrációval határozzák meg a 3 állású csapon keresztül. A mérés alatt ellenőrizzék a keverést (emulzióképződést), a vízszintet és a betáplálásokat, szükség esetén módosítsanak. A felfutási idő alatt az elfolyó áramokból 10 percenként vegyenek mintát az előkészített lombikokba és mérjék meg a borostyánkősav koncentrációt. A mérés leírása: a mintából 20 ml mennyiséget titráló lombikba pipettázunk és 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid oldattal, fenolftalein indikátor mellett megtitráljuk. A szerves fázishoz a titrálás előtt adjunk 10 ml desztillált vizet, hogy a sóképzés a vizes fázisban gyorsan lejátszódjék. Ha a kilépő oldatokban a koncentrációk már megközelítőleg állandók (kb. 40 min), megkezdhetik az állandósult állapotban a mérést. A mérés leírása: Az előkészített műanyag edények üres tömegét lemérjük, majd fél órán keresztül ezekbe gyűjtjük az elvett oldatokat. A fél óra után ismét megmérjük az edények tömegét, és a gyűjtött minták savtartalmát. Vegyenek mintát az ülepítők mindkét fázisából és mérjék meg az oldatok koncentrációját.

10

A mérés végén állítsák le a betáplálást (kikapcsolják a perisztaltikus szivattyúkat és zárják el a rotamétereket), majd kapcsolják ki a keverőket. A külön odakészített perisztaltikus szivattyúval ürítsék le az ülepítő tartályokat, az A keverőből vízbetáplálással hajtsák ki a butanolt. Vegyenek mintát a készülék leállítása után a kiindulási oldatokból és mérjék meg a sűrűségüket és a borostyánkősav koncentrációját. Végezzenek egyensúlyi extrakciót választótölcsérben a betáplálásokból vett mintákkal, határozzák meg a megoszlási hányadost. (A fázisok mennyiségének és arányának változtatásával különböző borostyánkősav koncentrációnál mérhetnek.) Az alábbi adattáblázatnak megfelelő mérési táblázatot készítsenek: Vizes fázis betáplálás rotaméter skr.: térfogatáram: sűrűség: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: n-Butanolos fázis betáplálás rotaméter skr.: térfogatáram: sűrűség: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: 0,1 M NaOH oldat faktora: Felfutási idő mérése: Idő kilépő butanolos fázis kilépő vizes fázis min

0,1 M NaOH (ml)

koncentráció (g/kg)

0,1 M NaOH (ml)

koncentráció (g/kg)

0 10 20 30 40

Állandósult állapotban: mérés ideje: vizes gyűjtő: tára: bruttó: raffinátum: sűrűség: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: szerves gyűjtő: tára: bruttó: extraktum: sűrűség: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: A ülepítő vizes fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: szerves fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: B ülepítő vizes fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: szerves fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: 11

Egyensúlymérés vizes fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: szerves fázis: 0,1 M NaOH (ml): koncentráció: 3.2. Adatszolgáltatás a keverő-ülepítő extraktor méretezéséhez A készülék leírása A szakaszos kísérletek elvégzéséhez féldomború fenékrésszel ellátott, hengeres üvegtartályt használunk. A tartály névleges térfogata 10 liter. A tartály belsejében négy ütközőlemez van beépítve. A tartály palástján a folyadékszint leolvasásához egy mérőszalag van rögzítve. A keveréshez hatlapátos tárcsás turbinakeverőt használunk (a keverőelem a tengely leszerelésével más típusra (pl. propellerkeverő) cserélhető). A keverő fordulatszáma egy mérlegmotorral fokozatmentesen változtatható (lásd „Keverők teljesítményszükséglete” című mérés). A mérés leírása Jegyezzék fel a tartály és a keverő geometriai adatait. A 10 liter térfogatú üvegedénybe mérjenek be 8 liter folyadékot. A kölcsönösen telített fázisok arányát a mérésvezető adja meg. Jegyezzék fel a folyadékszintet és a fázishatár magasságát. Indítsák el a keverőt, és a toroid transzformátor segítségével lassan növeljék a fordulatszámot. Próbálják beállítani azt a keverő fordulatszámot, ahol a tartályban már homogén (ránézésre mindenütt egyforma) emulzió van. Jegyezzék fel a szükséges fordulatszámot. Legalább öt percig keverjék a folyadékot, hogy az emulziószerkezet állandósuljon. Állítsák le a keverést és adott időközönként olvassák le a tiszta fázisok szintjét (felül a butanol és az emulzió, alul a víz és az emulzió határát). Az időköz megválasztásához célszerű előkísérletet végezni. Egy ülepedés mérés addig tart, amíg az emulzió teljesen megszűnik. Ismételjék meg a mérést úgy, hogy a minimális keverési fordulatszám másfélszeresét használják. A mérési adatokat gyűjtsék táblázatba A tartály átmérője cm A tartály magassága cm A keverő átmérője mm A szerves fázis térfogata dm3 A vizes fázis térfogata dm3 A folyadék hőmérséklete °C A folyadékszint a tartályban cm A fázishatár szintje cm A keverő távolsága a tartály felső szélétől A keverő fordulatszáma 1/min 12

cm

Ülepedési kísérlet Idő (s)

Felső szint (mm)

Alsó szint (mm)

4. A mérési eredmények feldolgozása és kiértékelése 4.1. Teljes anyagmérleg készítése

V

R0



R0  VEN 1 EN 1 t  mRN  mE1

VR0

R

o

(13)

a betáplált vizes fázis térfogatárama (cm3/min), a betáplált vizes fázis sűrűsége (g/cm3),

VEN 1 a betáplált butanolos fázis térfogatárama (cm3/min),  EN 1 a butanolos fázis sűrűsége (g/cm3),  t idő (min), mRN és mE1 a távozó raffinátum, ill. extraktum mennyisége (g).

Számítandó a betáplálásra vonatkoztatott százalékos eltérés (a teljes anyagmérleg hibája). 4.2. A borostyánkősav komponensmérleg

mRo x0  mE1 y1  mRN xN

(14)

x0 a betáplált oldat borostyánkősav koncentrációja (g/g), mR0  VR0 R0 t a t idő alatt betáplált vizes oldat mennyisége (g), y1 xN

az extraktumban levő borostyánkősav koncentrációja (g/g), a raffinátumban levő borostyánkősav koncentrációja (g/g).

Számítandó a borostyánkősav anyagmérlegének a betáplálásra vonatkoztatott hibája. 4.3. Az extrakciós fokozatok vizsgálata: Számítsák ki a megoszlási hányadost az egyes fokozatokban! 4.4. Tartózkodási idő számítása: 13

Számítsuk ki a fázisok átlagos tartózkodási idejét ( t ) egy keverő fokozatban. A keverő edény térfogata: V = 225 cm3. Tartózkodási idő egy keverő edényben: V (15) t  VR0  VEN 1 4.5. Látszólagos ülepedési sebesség: u

H sz tsz

(m3/m2h)

(16)

A fenti táblázatokon kívül beadandók: 1. A felfutási görbe (y1 változása az üzemeltetési idő függvényében). 2. Az anyagmérleg és a borostyánkősav komponensmérleg és ezek hibája. 3. A mért megoszlási hányados az egyes egységekben. Értékelés. 4. Tartózkodási idő a keverő edényben. 5. Adott fázisarányhoz mért minimális keverési fordulatszám. 6. Ülepedési diagram. 7. Az ülepedési idő és a folyadékmagasság ismeretében számolják ki a látszólagos ülepedési sebességet. Javasolt irodalom: 1. Fonyó Zs., Fábry Gy.: Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1998. 2. Hunek J.: Vegyipari Műveletek VI. Extrakció (egyetemi jegyzet), Tankönyvkiadó, Budapest, 1978. 3. Lo, T.C., Baird, M.H.I., Hanson, C.: Handbook of Solvent Extraction, J. Wiley, New York, 1983. 4. Godfrey, J.C., Slater, M.J.: Liquid-Liquid Extraction Equipment, J. Wiley, New York, 1994. 5. Berger, R., Misek, T., Schröter, J.: Standard Test Systems for Liquid Extraction (EFCE Publications Series No. 46), The Institution of Chemical Engineers, Rugby, 1985. 6. Simándi B., Székely E.: Extrakció in Vegyipari műveletek II. anyagátadó műveletek és kémiai reaktorok (elektronikus tananyag), Typotex Kiadó, Budapest, 2011. Készítette: Simándi Béla Sawinsky János 14