Efficacité de l’Extraction liquide-liquide

Chemical Engineering

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Overview

Source : Kerry M. Dooley et Michael g. Benton, département de génie chimique, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiane

Extraction liquide-liquide (ell) est une technique de séparation utilisée au lieu de distillation lorsque soit : (a) la volatilité relative des composés à séparer est très semblables ; (b) un ou plusieurs composants du mélange sont température sensible même à proximité de conditions ambiantes ; (c) la distillation exigerait une très faible pression ou un ratio très élevé distillat/aliments pour animaux. 1 La force motrice pour le transfert de masse est la différence de solubilité d’un matériau (le soluté) dans deux autres ruisseaux non miscibles ou partiellement miscible (le nourrir et le solvant). Les cours d’eau ou alimentation de solvants sont mélangés et ensuite séparées, permettant au soluté transférer de l’aliment au solvant. Normalement, ce processus est répété en phases successives à l’aide de flux à contre-courant. Riche en soluté solvant est appelé l' extrait qu’il laisse, et l’alimentation pauvre en soluté est le raffinat. Lorsqu’il y a une différence de densité raisonnable entre le flux et le flux de solvants, extraction peut être accomplie en utilisant une colonne verticale, bien que dans d’autres cas, une série de mélange et de décantation des réservoirs peut être utilisée.

Dans cette expérience, l’objectif opérationnel est d’extraire l’alcool isopropylique (IPA, % m/m ~ 10-15, le soluté) d’un mélange de C8-à-C10 hydrocarbures utilisant de l’eau pure comme solvant. Un type York-Scheibel (mélangeurs verticaux et coalesceurs, un de chaque par étape physique) colonne d’extraction est disponible. Comme la plupart des extracteurs, l’efficacité globale (numéros stades de phases théoriques et physiques) de cette colonne est assez faible, surtout en comparaison avec nombreuses colonnes de distillation. Les faibles rendements proviennent de deux lent transfert de masse (deux résistances de liquides au lieu d’une comme la distillation) et souvent aussi mauvaise répartition des phases. On évaluera l’effet de vitesse de l’agitateur sur les deux le recouvrement de soluté dans l’extrait et l’efficacité globale de colonne.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Génie chimique. Efficacité de l’Extraction liquide-liquide. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Figure 1

La méthode de McCabe-Thiele a), ou b) un simulateur de processus (p. ex., ASPEN Plus, HYSYS, ChemSep) peut-être être utilisé pour estimer le nombre d’étapes (théorique) d’équilibre. La méthode de McCabe-Thiele est employée sur une base de solvant, ce qui signifie que les deux la solubilité du solvant dans l’extrait et du diluant composé dans le raffinat est négligée. Une représentation étapes d’extraction liquide-liquide contre-courant est illustrée à la Figure 1, où F' est le débit molaire de l’aliment (approximativement constante), S' est le débit molaire d’extrait (approximativement constante), Xf est la fraction molaire de soluté dans l’alimentation, Ys est la fraction molaire du soluté dans le solvant, Ye est la fraction molaire du soluté dans le solvant dans le flux de données extrait et Xr est la fraction molaire du soluté en diluant dans le flux du raffinat.

Figure 1 : Représentation étapes des procédés d’extraction.

À l’état stable, un bilan matières sur le soluté entre la fin de flux de la colonne et de n’importe quelle étape, n (en pointillé ci-dessus) mène à la ligne d’opération :

Equation 1(1)

En particulier, l’équation est satisfaite aux deux extrémités de la colonne, donc les points (Xf, Y,e) et (Xr, Y,s) se trouvent sur la ligne. Les données d’équilibre dans l’annexe peuvent servir en conjonction avec cette équation (graphiquement ou numériquement) pour parcourir la colonne.

Les simulateurs de processus peuvent faire plus rigoureux étapes de calculs, mais toujours en supposant que d’étapes d’équilibre. Méthodes UNIQUAC ou NRTL (les deux ensembles de paramètres dans l’appendice) peuvent être utilisées pour modéliser la relation d’équilibre. Notez que le gros avantage des simulateurs est qu’ils vous disent combien solvants vents vers le haut dans l’extrait et combien diluant vents dans le raffinat. Ils peuvent également donner les températures de sortie pour une colonne adiabatique ou le devoir de chaleur nécessaire pour maintenir la colonne isotherme.

Appareil A York-Scheibel est illustré à la Figure 2. Aliments pour animaux peuvent être introduites en bas (11 stades) ou au milieu de la colonne (6 étapes).

Figure 2
Figure 2 : Appareil d’extraction liquide-liquide de York-Scheibel.

L’aspirateur compose d’une colonne 2" I.D. Pyrex avec 11 étapes d’extraction, constituées chacune d’une section de mixage d’un pouce et un grillage de quatre pouces (coalescence) section d’emballage. La colonne est agitée mécaniquement par agitateurs (turbines Rushton) de type roue à aubes. Un moteur à vitesse variable, avec un bouton de commande et de la lecture numérique sur le panneau de commande, contrôle la vitesse de l’agitateur. Rotamètres sur l’alimentation et les anses solvants sont utilisées pour mesurer les débits. Débits de l’extrait et le raffinat peuvent être mesurées avec une éprouvette graduée et un chronomètre.

Les équations suivantes concernent les lectures de rotamètre à débits volumétriques (le flux peut également être vérifiée avec une éprouvette graduée) :

Equation 2(2)

Equation 2(3)

où Ff est le flux de débit (~ 10 m/m % IPA) en mL/min, Rf est la lecture de flux rotamètre, Fs est le solvant de débit en ml/min, andRs est la lecture de solvant rotamètre.

Procedure

Dans cette expérience, les propriétés de n-nonane sont une bonne approximation à celles du mélange d’hydrocarbures à des fins données équilibre. Les pièces d’eau/isopropanol/n-nonane systèmes ternaires de Type I comportement d’équilibre (il y a une gamme de composition sur quelle phase fractionnement aura pas lieu) à la température ambiante. Les données d’équilibre de ce système se trouvent dans l’annexe.

1. fonctionnement de la colonne de York-Scheibel

  1. Remplir l’extracteur d’hydrocarbure mélange /IPA flux (si nécessaire) et purger l’air de la conduite d’alimentation. Désactiver le débit d’alimentation.
  2. Démarrer le mélangeur et maintenir la vitesse de l’agitateur constante.
  3. Ouvrez le solvant, alimentation, extrait et raffinat robinets à boisseau sphérique ; et démarrer le flux de solvant (eau) dans la colonne.
  4. Si aucune interface n’est présent entre la solvant entrée et la sortie de raffinat, laisser lever la phase dispersée et forment l’interface supérieure.
  5. Quand les formes interface supérieure, (re-) commencent le débit d’alimentation.
  6. Contrôle le niveau de l’interface en réglant la hauteur du U inversé sur la ligne de l’extrait de la partie inférieure de la tour. Le réglage du niveau interface supérieure (U inversé) est sensible. Mouvements d’une fraction de pouce sont souvent suffisantes.
  7. Vérifier périodiquement le flux de raffinat d’état stationnaire à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse. La chromotagraph de gaz va séparer et quantifier les composants dans l’échantillon.
  8. Utiliser un hydromètre pour mesurer la densité du flux de données extrait et déterminer la composition. (Cela peut également aider confirmer que cet état d’équilibre a été atteint.) La composition de flux de données extrait vs densité tableaux se trouvent dans le manuel de Perry. 3 ces données permet d’interpoler pour pourcentage massique de l’IPA.
  9. Utiliser un hydromètre pour mesurer la gravité spécifique de l’alimentation et le raffinat pour utilisation dans les calculs ultérieurs.

2. procédure d’arrêt

  1. Une fois les essais terminés, mettre hors tension l’agitateur et interrupteur d’alimentation principal.
  2. Fermer le flux et le solvants robinets à tournant sphérique, laissant les robinets à tournant sphérique raffinat et extrait.

Extraction liquide-liquide, ou LLE, est une technique utilisée pour séparer des liquides qui ne peuvent pas être séparés par distillation en raison d’éléments sensibles à la température ou de solvants similaires d’ébullition. Transfert de masse dans LLE est entraînée par la différence de solubilité du soluté dans le flux non miscible ou partiellement miscible et le flux de solvants. Le flux d’alimentation contenant le soluté est mélangé avec le flux de solvant, souvent à l’aide d’un agitateur, permettant au soluté transférer de l’aliment au solvant. L’appauvri se nourrissent, connu comme le raffinat, est séparée de l’extrait, qui est la phase solvant riche en soluté. Cette vidéo va illustrer une extraction d’isopropanol de n-nonane, à l’aide de l’eau pure et d’étudier comment fonctionnement variables affectent l’efficacité globale de la colonne.

LLE est généralement effectuée par étapes continus à l’aide de courant Co ou flux à contre-courant. Systèmes de contre-courant sont généralement préférées, car elles ont tendance à être plus efficace. Généralement, les étapes sont logés au sein d’une seule unité. Colonnes d’extraction contre-courant peuvent être configurés de deux façons. Lorsque le solvant est plus lourd que l’alimentation liquide, ou diluant, solvant est introduit dans la partie supérieure de la colonne et le soluté se ferme ensuite en bas. Lorsque le solvant est plus léger que le diluant, solvant est introduit au bas de la colonne, et le soluté sortira de la colonne en haut. À l’équilibre, le bilan de matière du soluté entre l’aliments pour animaux-fin du processus et n’importe quel stade désigné par N est tel qu’illustré. Où X est la fraction molaire du soluté dans le diluant, Y est la fraction molaire du soluté au solvant. F est le débit molaire de diluant alimentation et S le débit molaire du solvant. L’analyse des plateaux théoriques est utilisée pour évaluer l’efficacité du processus de séparation. Ces plaques sont des étapes hypothétiques où deux phases sont en équilibre avec l’autre. Si les deux liquides sont en équilibre à un stade, ce qui signifie qu’il n’y aurait aucun changement dans la concentration d’un mélange de plus de temps, puis l’étape est considérée comme une plaque théorique. Plus le nombre de plateaux théoriques, la plus efficace le processus. Variables comme la température de fonctionnement, pression, débit et vitesse de l’agitateur influent sur l’efficacité et l’analyse de plaque donc théorique. L’expérience suivante examinera un processus LLE pour extraire l’isopropanol soluté de n-nonane utilisant l’eau comme solvant. Ce système, contenant trois liquides, est appelé un système ternaire. Souvent, les trois composantes liquides sont miscibles dans une certaine mesure. On trouvera dans la littérature, comportement d’équilibre pour ceux-ci et d’autres solvants. Maintenant que les bases du LLE et son fonctionnement ont été expliquées, nous allons jeter un oeil à un processus de séparation.

Une colonne de York-Scheibel sera utilisée pour cette expérience. Il s’agit d’une colonne agitée avec roues roues à aubes internes, connecté à un lecteur vertical. Chaque niveau contient des treillis d’emballage afin de permettre la séparation des phases et est séparé par des cloisons pour fournir différents stades. Utilisez d’abord le bouton de commande et de la lecture numérique du panneau de commande pour contrôler la vitesse de l’agitateur. Utilisez les rotamètres sur l’alimentation et les anses solvants pour mesurer le débit d’alimentation et de solvant. Utilisez les cylindres gradués et une montre pour mesurer les débits de l’extrait et le raffinat. Maintenant démarrer le mélangeur et maintenir la vitesse de l’agitateur constante à 300 tr/min. Ouvrir les robinets à tournant sphérique de solvant, alimentation, extrait et raffinat. Amorcer l’écoulement de l’eau dans la colonne pour obtenir le rapport molaire désiré de solvant à servir à un taux de 200 millilitres par minute. Observer si une interface entre le solvant entrée et sortie du raffinat est présente et si non, laisser lever de la phase dispersée pour former l’interface supérieure. Commencer le débit d’alimentation lorsque les formes interface supérieure. Ajustez soigneusement la hauteur du U inversé sur la ligne de l’extrait de la partie inférieure de la tour, pour contrôler le niveau de l’interface supérieure entre les deux phases. Ceci s’assure que la phase raffinat ne s’écoule pas dans le réservoir de l’extrait si réglé trop bas, ou que l’extrait ne circule pas dans le réservoir du raffinat si l’interface est réglé trop haut.

Collecter des échantillons toutes les 10 minutes au point d’échantillonnage raffinat en millilitre quatre bouteilles. Utiliser la chromatographie en phase gazeuse ou GC, de quantifier les composants et de confirmer qu’un état d’équilibre a été atteint. Ensuite, à l’aide d’une éprouvette graduée propre, collecter 250 millilitres de l’extrait au point d’échantillonnage, puis mesurer la gravité spécifique ou densité relative de l’échantillon à l’eau, à l’aide d’un hydromètre. Interpoler le poids pour cent de l’isopropanol dans l’échantillon à l’aide de la table fournie, qui affiche extrait composition de flux par rapport au poids spécifique. Répétez la procédure pour deux autres des aliments pour animaux-tarifs réduits. Assurez-vous de conserver le ratio de solvant-à-servir et la vitesse de l’agitateur constant. Lorsque vous avez terminé, éteignez l’agitateur et l’interrupteur d’alimentation principal et fermer le flux et le solvants robinets à tournant sphérique, laissant les robinets à tournant sphérique raffinat et extrait. Maintenant nous allons évaluer les résultats.

Tout d’abord, nous allons jeter un oeil à la reprise de pour cent d’isopropanol avec alimentation-débit varié et taux d’agitation variée. Avec débit flux accru, % de récupération augmente et nivelle. Ceci est typique d’un système qui n’est pas près d’inondations. Taux d’agitation accrue également augmentés pour cent récupération. Efficacité de l’étape, calculée à l’aide de l’analyse théorique plaque par simulation sur ordinateur est également affectée par ces paramètres. Comme prévu, efficacité de scène tant pour cent récupération augmentent avec plus de débit et d’agitation. C’est en raison de l’amélioration de mélange, qui se traduit par plus petites gouttelettes et dispersion améliorée, augmentant ainsi transfert de masse, cependant, les deux relations plateau à des taux plus élevés d’avance. Efficacité et récupération pour cent se stabiliser et finira par diminuent en raison d’émulsification et des inondations. La formation d’une émulsion une incidence négative sur récupération et efficacité car les phases peuvent séparer n’est plus proprement afin d’aller vers le haut ou vers le bas pour l’étape suivante. Cela peut être un problème dans les systèmes tels que le groupe de York-Scheibel, en faisant des navires mélangeur et Colon en série une alternative attrayante.

Extraction liquide-liquide est une technique de séparation utilisée dans un large éventail de séparations et peut être utilisée dans une variété de configurations. Dans le cas où l’émulsification des phases est un défi, bassins de Colon de mélangeur en série peuvent être utilisés. Cette configuration simple utilise un réservoir où les deux phases sont mélangés par un agitateur. Les deux phases puis se fondre dans le réservoir de Colon, où la phase lourde finit par se dépose au fond et est évacuée par une prise sur le fond de la cuve. La phase légère se dépose sur le dessus et est enlevée par une autre prise. Une autre technique de séparation qui exploite les propriétés de solubilité d’un soluté est extraction solide-liquide. En extraction solide-liquide, le soluté présent dans une matrice solide est extraite dans un liquide à travers un mélange énergique. Cette technique est utilisée à grande échelle pour de nombreuses applications, telles que l’élimination des toxines comme l’herbicide Atrazine du sol.

Vous avez juste regardé introduction de Jove d’extraction liquide-liquide. Vous devez maintenant comprendre les rudiments d’une extraction de LLE à l’aide d’une colonne de York-Scheibel et comment les variables de processus comme agitateur et débit peuvent affecter la valorisation solute et l’efficacité de la colonne. Merci de regarder.

Results

Figures 3 et 4 montrent des résultats lorsque l’agitation et l’alimentation des débits étaient variés sur une large plage. L’efficacité et la récupération augmentent avant de devenir asymptotique, qui est assez typique des extracteurs liquide-liquide qui ne sont pas à ou près des inondations. Près inondation, l’efficacité et la récupération sont censés diminuer fortement. Notez que, contrairement à la distillation, inondations peuvent avoir lieu dans l’extraction liquide-liquide à un solvant haute ou une fourragère taux (ou rapports). 1 dans cette expérience, la plus légère de la phase organique est aussi la phase dispersée (gouttelettes), donc à des taux élevés d’avance, il est prévu que la coalescence des gouttelettes avant inondation, menant à abaisser les taux de masse transfert et, par conséquent, plus faible recouvrements et gains d’efficience. À des taux élevés de solvants les gouttelettes devraient rester faibles, donc il est prévu que la récupération et l’efficacité restent élevés jusqu’au très près du point d’inondation.

Figure 3
Figure 3 : Pourcentage de récupération de l’IPA de mélange d’hydrocarbures dans l’eau, pour une colonne de York-Scheibel, 11 étapes, 16-18 mol % IPA dans Isopar E (saut), S/F (molaire) = 1.5.

Figure 4
Figure 4 : Pourcentage efficacité globale de scène pour l’extraction de l’IPA en utilisant une colonne de York-Scheibel, 11 étapes, 16-18 mol % IPA dans le mélange d’hydrocarbures (alimentation), S/F (molaire) = 1.5.

Comme indiqué dans les Figures 3 et 4, l’augmentation du taux d’agitation augmente la récupération et le rendement global. C’est parce qu’ayant une plus grande puissance absorbée les gouttelettes de la phase dispersée sont petites - la dépendance observée est à peu près inverse en ce qui concerne la vitesse de l’agitateur. 4 le paramètre « a » (volume de la zone interfaciale/total) qui apparaît dans les corrélations de transfert de masse et le flux de masse fondamentale équations peuvent être écrite comme suit pour les gouttelettes sphériques de taille uniforme :

un = ε/6D (4)

où ε est la fraction volumique de la phase dispersée. Lorsque ε peut augmenter avec une augmentation de la vitesse superficielle de chaque phase, ses modifications sont généralement moins marquées que le changement de diamètre en ce qui concerne la vitesse. Vitesse donc (généralement), plus, la zone interfaciale plus, conduisant au transfert de masse plus rapide.

L’exception de ce qui précède est à très grande vitesse, qui n’était pas atteints dans les figures 3 et 4, où les deux phases sont donc homogènes que si la tension interfaciale entre eux est faible, émulsification aura lieu. La formation d’une émulsion une incidence négative sur récupération et efficacité car les phases peuvent ne plus séparer nettement pour déplacer vers le haut ou vers le bas pour la prochaine étape physique. Émulsification est un problème dans plusieurs extractions liquide-liquide et où il ne peut se limiter une série de bateaux de mélangeur et Colon en série est souvent préférée aux conceptions de la colonne de type tels que plateaux de tamis ou unités de York-Scheibel.

Applications and Summary

Extraction liquide-liquide (ell) est une alternative à la distillation, qui repose sur le solvant d’alimentation IMMISCIBILITE (ou miscibilité légère) et les coefficients de soluté favorable pour atteindre les hautes récupérations de soluté dans un solvant phase à aussi bas un ratio de solvant/aliments pour animaux aussi pratique. Bien que la gamme des flux (le « service ») sur lesquelles LLE sera efficace est souvent limitée, et tandis que l’efficacité de la scène est faibles tels que l’équilibre de phase n’est pas atteint, certains mélanges juste ne peuvent être séparées par d’autres méthodes en continu procédé à contre-courant. Analyse mathématique de l’opération de l’équilibre de ces extracteurs suit une procédure familière de McCabe-Thiele-type (même si le reflux est souvent absente, alors qu’une seule ligne d’exploitation). Le non-équilibre (« taux ») analyse des LLEs est complexe et dépend fortement de la vitesse relative entre les deux phases (la « vitesse de glissement »), taille de la bulle et dispersée fraction de phase, qui peut être observée, mais sont difficiles à prévoir.

Pour décrire parfaitement le transfert hydraulique et masse d’un typique LLE est au-delà des capacités du même les simulateurs de processus plus sophistiqués, à l’heure actuelle. Par conséquent, conception d’unités industrielles repose toujours sur l’intensification des unités de l’usine-pilote trifilaires, telle que celle qui a été testée dans cette expérience. Normalement l’ingénieur essaie de reproduire les descripteurs clés tels que le « a » paramètre, ratio de solvant/aliments pour animaux, agitateur total puissance entrée/volume, nourrir l’emplacement et le nombre d’étapes physiques pour maintenir l’efficacité de la scène et la récupération constante au cours de l’intensification. Malgré cela, scale-up est une science inexacte et impuretés, qui altèrent la tension interfaciale, peuvent considérablement affecter les performances des systèmes réels. Les autres facteurs qui sont maintenues constantes, le plus probable la mise sera réussie.

Il y a plusieurs différents contacteurs LLE : une série de mélangeurs - bateaux de Colon, structuré emballages similaires à celles utilisées dans les absorbeurs et colonnes de distillation, tamis bac colonnes, rotation des contacteurs de disque (semblable à la York-Scheibel, mais avec chicanes au lieu de Mesh), Kuhni contacteurs (une combinaison de la rotation des plateaux de disque et tamis) et contacteurs Podbielniak (« Pods »), où l’écoulement est radiale et la force centrifuge est utilisée pour améliorer la séparation des phases liquides. 5

Un exemple classique de LLE industrielle est la séparation de l’acide acétique, de l’eau à l’aide d’éther éthylique ou acétate d’éthyle ; 6 il est préféré à la distillation à des concentrations plus faibles de l’acide acétique. Peut-être le plus grand volume processus LLE est celle du propane désasphaltage, qui est utilisé pour raffiner les huiles de graissage dans les raffineries à conditions près-supercritiques. 1 Toutefois, la plupart des applications sont trouvent dans la production de produits chimiques de spécialité et dans les industries pharmaceutiques, allant de l’extraction acide citrique de bouillon de fermentation pour la purification des antibiotiques et des purifications de protéine. 1 Dans ces cas, une grande variété de solvants organiques oxygénés ou systèmes aqueux en deux phases (une phase étant principalement l’eau et l’humeur aqueuse d’autres dissous sels et polymères) sont utilisés. Pour ce dernier, un système typique de polymère est poly(ethylene glycol)/dextran avec NaCl et Na2donc4 comme sels. Les applications incluent la séparation des globules rouges et l’extraction de l’enzyme phophofructokinase de S. cerevisiae. 7

Annexe – équilibre données8

Lignes d’interconnexion expérimentale en Mole % à 25 ° C

Table 1

Paramètres du modèle spécifique en Kelvin

UNIQUAC NRTL (un = 0,2)
J’ai J AIJ AJI AIJ AJI
1 2 -186.05 104,6 814,26 -468.11
1 3 361.91 621.82 3151 1367.4
2 3 -126.43 311,7 581.79 -25.91

R1 = 0,92 R2 = R3 2.7792 = 6.523

Q1 = Q2 1,4 = Q3 2.508 = 5.476

Moyenne des écarts entre les deux calculer et Concentrations expérimentales en Mol. %
UNIQUAC (paramètres spécifiques) 1.4
NRTL (paramètres spécifiques) 0,54
UNIQUAC (paramètres par défaut) 1,68

References

  1. T.C. Frank, L. Dahuron, B.S. Holden, W.D. Prince, A.F. Seibert and L.C. Wilson, Ch. 15 of  Chemical Engineers Handbook, 8th Edition, R.H. Perry and D.W. Green, Eds., McGraw-Hill, New York, 2008.
  2. W.L. McCabe, J.C. Smith, and P. Harriott, Unit Operations of Chemical Engineering, 7th Ed., McGraw-Hill, New York, 2005, Ch. 23; C.J. Geankoplis, Transport Processes and Unit Operations, 3rd Ed., Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1993, Ch. 12; R.K. Sinnott, Coulson and Richardsons Chemical Engineering Vol. 6 Chemical Engineering Design (4th ed.):  http://app.knovel.com/hotlink/toc/id:kpCRCEVCE2/coulson-richardsons-chemical/coulson-richardsons-chemical
  3. B.E. Poling, G.H. Thomson, D.G. Friend, R.L. Rowley and W.V. Wilding, Ch.2 of Chemical Engineers Handbook, 8th Edition, R.H. Perry and D.W. Green, Eds., McGraw-Hill, New York, 2008.
  4. J.C. Godfrey, R. Reeve and F.I.N. Obi, Chem. Eng. Prog. Dec. 1989. pp. 61-69; I. Alatiqi, G. Aly, F. Mjalli and C.J. Mumford, Canad. J. Chem. Eng., 73, 523-533 (1995).
  5. http://www.pharmaceuticalonline.com/doc/podbielniak-contactor-a-unique-liquid-liquid-0003 (accessed 12/19/16).
  6. C.J. King, Ch. 18.5 of “Handbook of Solvent Extraction, T.C. Lo, M.H.I Baird and C. Hanson, Eds., Wiley, New York, 1983.
  7. Methods in Enzymology, Vol. 228, Aqueous Two-Phase Systems, H. Walter and G. Johannson, Eds., Academic, San Diego, 1994.
  8. A.I. Vorobeva and M.Kh. Karapetyants, Zh. Fiz. Khim., 41, 1984 (1967).  Fits to data from:  J. Gmehling, and U. Onken, "Vapor-liquid equilibrium data collection", Dechema, 1977.

Dans cette expérience, les propriétés de n-nonane sont une bonne approximation à celles du mélange d’hydrocarbures à des fins données équilibre. Les pièces d’eau/isopropanol/n-nonane systèmes ternaires de Type I comportement d’équilibre (il y a une gamme de composition sur quelle phase fractionnement aura pas lieu) à la température ambiante. Les données d’équilibre de ce système se trouvent dans l’annexe.

1. fonctionnement de la colonne de York-Scheibel

  1. Remplir l’extracteur d’hydrocarbure mélange /IPA flux (si nécessaire) et purger l’air de la conduite d’alimentation. Désactiver le débit d’alimentation.
  2. Démarrer le mélangeur et maintenir la vitesse de l’agitateur constante.
  3. Ouvrez le solvant, alimentation, extrait et raffinat robinets à boisseau sphérique ; et démarrer le flux de solvant (eau) dans la colonne.
  4. Si aucune interface n’est présent entre la solvant entrée et la sortie de raffinat, laisser lever la phase dispersée et forment l’interface supérieure.
  5. Quand les formes interface supérieure, (re-) commencent le débit d’alimentation.
  6. Contrôle le niveau de l’interface en réglant la hauteur du U inversé sur la ligne de l’extrait de la partie inférieure de la tour. Le réglage du niveau interface supérieure (U inversé) est sensible. Mouvements d’une fraction de pouce sont souvent suffisantes.
  7. Vérifier périodiquement le flux de raffinat d’état stationnaire à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse. La chromotagraph de gaz va séparer et quantifier les composants dans l’échantillon.
  8. Utiliser un hydromètre pour mesurer la densité du flux de données extrait et déterminer la composition. (Cela peut également aider confirmer que cet état d’équilibre a été atteint.) La composition de flux de données extrait vs densité tableaux se trouvent dans le manuel de Perry. 3 ces données permet d’interpoler pour pourcentage massique de l’IPA.
  9. Utiliser un hydromètre pour mesurer la gravité spécifique de l’alimentation et le raffinat pour utilisation dans les calculs ultérieurs.

2. procédure d’arrêt

  1. Une fois les essais terminés, mettre hors tension l’agitateur et interrupteur d’alimentation principal.
  2. Fermer le flux et le solvants robinets à tournant sphérique, laissant les robinets à tournant sphérique raffinat et extrait.

Extraction liquide-liquide, ou LLE, est une technique utilisée pour séparer des liquides qui ne peuvent pas être séparés par distillation en raison d’éléments sensibles à la température ou de solvants similaires d’ébullition. Transfert de masse dans LLE est entraînée par la différence de solubilité du soluté dans le flux non miscible ou partiellement miscible et le flux de solvants. Le flux d’alimentation contenant le soluté est mélangé avec le flux de solvant, souvent à l’aide d’un agitateur, permettant au soluté transférer de l’aliment au solvant. L’appauvri se nourrissent, connu comme le raffinat, est séparée de l’extrait, qui est la phase solvant riche en soluté. Cette vidéo va illustrer une extraction d’isopropanol de n-nonane, à l’aide de l’eau pure et d’étudier comment fonctionnement variables affectent l’efficacité globale de la colonne.

LLE est généralement effectuée par étapes continus à l’aide de courant Co ou flux à contre-courant. Systèmes de contre-courant sont généralement préférées, car elles ont tendance à être plus efficace. Généralement, les étapes sont logés au sein d’une seule unité. Colonnes d’extraction contre-courant peuvent être configurés de deux façons. Lorsque le solvant est plus lourd que l’alimentation liquide, ou diluant, solvant est introduit dans la partie supérieure de la colonne et le soluté se ferme ensuite en bas. Lorsque le solvant est plus léger que le diluant, solvant est introduit au bas de la colonne, et le soluté sortira de la colonne en haut. À l’équilibre, le bilan de matière du soluté entre l’aliments pour animaux-fin du processus et n’importe quel stade désigné par N est tel qu’illustré. Où X est la fraction molaire du soluté dans le diluant, Y est la fraction molaire du soluté au solvant. F est le débit molaire de diluant alimentation et S le débit molaire du solvant. L’analyse des plateaux théoriques est utilisée pour évaluer l’efficacité du processus de séparation. Ces plaques sont des étapes hypothétiques où deux phases sont en équilibre avec l’autre. Si les deux liquides sont en équilibre à un stade, ce qui signifie qu’il n’y aurait aucun changement dans la concentration d’un mélange de plus de temps, puis l’étape est considérée comme une plaque théorique. Plus le nombre de plateaux théoriques, la plus efficace le processus. Variables comme la température de fonctionnement, pression, débit et vitesse de l’agitateur influent sur l’efficacité et l’analyse de plaque donc théorique. L’expérience suivante examinera un processus LLE pour extraire l’isopropanol soluté de n-nonane utilisant l’eau comme solvant. Ce système, contenant trois liquides, est appelé un système ternaire. Souvent, les trois composantes liquides sont miscibles dans une certaine mesure. On trouvera dans la littérature, comportement d’équilibre pour ceux-ci et d’autres solvants. Maintenant que les bases du LLE et son fonctionnement ont été expliquées, nous allons jeter un oeil à un processus de séparation.

Une colonne de York-Scheibel sera utilisée pour cette expérience. Il s’agit d’une colonne agitée avec roues roues à aubes internes, connecté à un lecteur vertical. Chaque niveau contient des treillis d’emballage afin de permettre la séparation des phases et est séparé par des cloisons pour fournir différents stades. Utilisez d’abord le bouton de commande et de la lecture numérique du panneau de commande pour contrôler la vitesse de l’agitateur. Utilisez les rotamètres sur l’alimentation et les anses solvants pour mesurer le débit d’alimentation et de solvant. Utilisez les cylindres gradués et une montre pour mesurer les débits de l’extrait et le raffinat. Maintenant démarrer le mélangeur et maintenir la vitesse de l’agitateur constante à 300 tr/min. Ouvrir les robinets à tournant sphérique de solvant, alimentation, extrait et raffinat. Amorcer l’écoulement de l’eau dans la colonne pour obtenir le rapport molaire désiré de solvant à servir à un taux de 200 millilitres par minute. Observer si une interface entre le solvant entrée et sortie du raffinat est présente et si non, laisser lever de la phase dispersée pour former l’interface supérieure. Commencer le débit d’alimentation lorsque les formes interface supérieure. Ajustez soigneusement la hauteur du U inversé sur la ligne de l’extrait de la partie inférieure de la tour, pour contrôler le niveau de l’interface supérieure entre les deux phases. Ceci s’assure que la phase raffinat ne s’écoule pas dans le réservoir de l’extrait si réglé trop bas, ou que l’extrait ne circule pas dans le réservoir du raffinat si l’interface est réglé trop haut.

Collecter des échantillons toutes les 10 minutes au point d’échantillonnage raffinat en millilitre quatre bouteilles. Utiliser la chromatographie en phase gazeuse ou GC, de quantifier les composants et de confirmer qu’un état d’équilibre a été atteint. Ensuite, à l’aide d’une éprouvette graduée propre, collecter 250 millilitres de l’extrait au point d’échantillonnage, puis mesurer la gravité spécifique ou densité relative de l’échantillon à l’eau, à l’aide d’un hydromètre. Interpoler le poids pour cent de l’isopropanol dans l’échantillon à l’aide de la table fournie, qui affiche extrait composition de flux par rapport au poids spécifique. Répétez la procédure pour deux autres des aliments pour animaux-tarifs réduits. Assurez-vous de conserver le ratio de solvant-à-servir et la vitesse de l’agitateur constant. Lorsque vous avez terminé, éteignez l’agitateur et l’interrupteur d’alimentation principal et fermer le flux et le solvants robinets à tournant sphérique, laissant les robinets à tournant sphérique raffinat et extrait. Maintenant nous allons évaluer les résultats.

Tout d’abord, nous allons jeter un oeil à la reprise de pour cent d’isopropanol avec alimentation-débit varié et taux d’agitation variée. Avec débit flux accru, % de récupération augmente et nivelle. Ceci est typique d’un système qui n’est pas près d’inondations. Taux d’agitation accrue également augmentés pour cent récupération. Efficacité de l’étape, calculée à l’aide de l’analyse théorique plaque par simulation sur ordinateur est également affectée par ces paramètres. Comme prévu, efficacité de scène tant pour cent récupération augmentent avec plus de débit et d’agitation. C’est en raison de l’amélioration de mélange, qui se traduit par plus petites gouttelettes et dispersion améliorée, augmentant ainsi transfert de masse, cependant, les deux relations plateau à des taux plus élevés d’avance. Efficacité et récupération pour cent se stabiliser et finira par diminuent en raison d’émulsification et des inondations. La formation d’une émulsion une incidence négative sur récupération et efficacité car les phases peuvent séparer n’est plus proprement afin d’aller vers le haut ou vers le bas pour l’étape suivante. Cela peut être un problème dans les systèmes tels que le groupe de York-Scheibel, en faisant des navires mélangeur et Colon en série une alternative attrayante.

Extraction liquide-liquide est une technique de séparation utilisée dans un large éventail de séparations et peut être utilisée dans une variété de configurations. Dans le cas où l’émulsification des phases est un défi, bassins de Colon de mélangeur en série peuvent être utilisés. Cette configuration simple utilise un réservoir où les deux phases sont mélangés par un agitateur. Les deux phases puis se fondre dans le réservoir de Colon, où la phase lourde finit par se dépose au fond et est évacuée par une prise sur le fond de la cuve. La phase légère se dépose sur le dessus et est enlevée par une autre prise. Une autre technique de séparation qui exploite les propriétés de solubilité d’un soluté est extraction solide-liquide. En extraction solide-liquide, le soluté présent dans une matrice solide est extraite dans un liquide à travers un mélange énergique. Cette technique est utilisée à grande échelle pour de nombreuses applications, telles que l’élimination des toxines comme l’herbicide Atrazine du sol.

Vous avez juste regardé introduction de Jove d’extraction liquide-liquide. Vous devez maintenant comprendre les rudiments d’une extraction de LLE à l’aide d’une colonne de York-Scheibel et comment les variables de processus comme agitateur et débit peuvent affecter la valorisation solute et l’efficacité de la colonne. Merci de regarder.

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