Введение к работе
Актуальность проблемы:
В климатических условиях Вьетнама произрастают многие виды растений, содержащих различные, часто весьма ценные ароматические и лекарственные органические соединения. До недавнего времени основным способом их выделения являлась простая перегонка, а получаемые препараты использовались главным образом для производства косметики и моющих средств, т.к. из-за недостаточной чистоты получаемых веществ лишь небольшая их часть применялась в фармацевтической промышленности. В настоящее время наблюдается явная тенденция использования преимущественно передовых технологий, одним из основных процессов в которых является экстракция в системе "твердое тело - жидкость".
Экстракция - один из важнейших химических процессов. Во многих областях промышленности применяют процесс экстракции для выделения одного или нескольких ценных веществ.
Хорошо известно, насколько сложен процесс экстрагирования из твердого тела, и, прежде всего потому, что он существенным образом зависит от структуры каркаса обрабатываемого материала, который к тому же можег сильно изменяться в самом процессе избирательного многокомпонентного растворения. К тому же, исходным сырьем для процесса экстрагирования из твердого тела чаще всего являются продукты естественного происхождения, свойства которых не только плохо изучены, потому что чрезвычайно сложны, но и могут непредсказуемым образом меняться даже внутри одной партии сырья. Все это предопределило преимущественно экспериментальный подход к описанию данного процесса. В отличие от сравнительно хорошо изученного случая экстракции в системе жидкость-жидкость, математическое описание процесса экстрагирования из твердого тела в промышленных экстракционных установках еще не получено. При этом становится актуальной задача изучить влияние отдельно различных факторов на процесс экстракции по экспериментальным данным, разработать методику проведения процесса и расчета основных кинетических параметров: коэффициентов тепло- и массопередачи процесса регенерации экстрагентов и процесса экстракции из твердого материала, разработать математические модели однократного и многократного процесса экстрагирования ценных продуктов из твердого сырья.
Цель работы:
- исследование скорости выделения экстрагируемых веществ и расчет
коэффициента массопередачи процесса экстрагирования в системах
твердое тело (Т)-жидкость (М)-жидкость (S);
разработка методики расчета и математической модели однократной и многократной экстракции из твердого материала в ротационном экстракторе;
- разработка методики расчетов основных параметров процесса
регенерации экстрагента в этом же аппарате.
Научная новизна:
использован ротационный аппарат в качестве экстракционно-регенерационного модуля для проведения в нем процессов экстракции твердое тело - жидкость и регенерации экстрагента;
предложена совмещенная прямоугольно-треугольная диаграмма TMS для графического отображения условий набухания, равновесия и процессов экстракции в системах твердое тело - жидкость;
разработаны методики графического и аналитического расчетов равновесных составов смесей на диаграмме TMS;
представлены экспериментальные данные по кинетике процесса периодической экстракции для трех реальных систем твердое тело -жидкость двумя экстрагентами и их смесями при температурах 20 - 60 С, давлениях от 76 до 760 мм рт. ст. и скоростях вращения аппарата от 0 до 40 об/мин;
- представлены экспериментальные данные по регенерации
экстрагента-этилового спирта в различных температурных и вакуумных
режимах в ротационной экстракционной установке.
Практическая ценность:
- представлены результаты экспериментального исследования
процесса экстрагирования ценных продуктов (теина, масел) из
растительного сырья (кофе, гороха, пшеницы);
- предложены математические зависимости для описания набухания,
равновесия и кинетики процесса экстракции в системах твердое тело -
жидкость;
предложена методика аналитического расчета процесса экстрагирования из твердого тела экстрагентом с учетом набухания и кинетики процесса в ротационном экстракторе.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на 47-ой научно-технической конференции МГАХМ (г. Москва, 1997), Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (г. Новомосковск, 1997), XI Российской конференции по экстракции (г. Москва, 1998).
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, общим объемом 134 страницы (в том числе 37 рисунков, 18 таблиц, списка литературы из 125 наименований).