Estrazione con solvente

A Estraz. Liq-liq. Immiscibili a

P correnti incrociate con Kr costante

 La retta di equilibrio è OP

 La retta di lavoro è HQ

I piatti si determinano scendendo le

verticali e tracciando le parallele alla retta

1 di lavoro HQ.

Q

2 H

O B X F

Xn

 Le coordinate A e B del punto P si ricavano da Y = Kr * X assegnado un valore alla X;

 Il punto H corrisponde al rapporto molare dell’alimentazione ;

XF

 La retta di lavoro HQ si traccia conoscendo il coeff. Angolare m che è = - A/B

 ε

Xn si ricava dalla resa che è : XF – Xn sost. non estratta

ε = ; Uguale al rapporto:

XF A (inerte)

 Per calcolare le portate, si parte dal bilancio totale: F + Σ B = Rn + Et 2

Estraz. Liq-liq. Immiscibili a

correnti incrociate con Kr non

costante

P In questo caso la retta di equilibrio è una

curva ( non vale Y = Kr * X

( si disegna per punti)

 La curva di equilibrio è OP

 La retta di lavoro è HQ

 la retta r è dovuta alla presenza di

soluto nel solvente (Y )

S

Q I piatti si determinano a partire da Q

1 scendendo le verticali e tracciando le

parallele alla retta di lavoro HQ.

2

3 H r

Y

S O Xn X F

 La retta di lavoro HQ si traccia conoscendo il coeff. Angolare m che è = - A / B

 Xn si ricava dalla resa ε che è : XF – Xn sost. non estratta

ε = ; Uguale al rapporto:

XF A (inerte)

 Per calcolare le portate, si parte dal bilancio totale: F + Σ B = Rn + Et 3

ESTRAZIONE A STADI MULTIPLI IN CONTROCORRENTE

E’ una operazione continua con le due fasi che si muovono in controcorrente.

Essendo il Solvente e il Diluente tra loro immiscibili, le loro portate restano

costanti.

Quando Kr non è costante, così come praticamente si fa in tutti i casi, il

numero di stadi n si calcola graficamente considerando che le portate di

solvente e diluente restano costanti.

Questo nel caso di completa immiscibilità e anche per parziale solubilità, se

questo non fa variare di molto le portate di A e B.

Considerando il bilancio tra il primo stadio e quello generico m, si può

scrivere :

A * XF + B * YS = A * Xn + B * Yi e

A Y1 - Ys

= A

B XF - Xn Da cui: Y1 = Ys + (XF - Xn )

B 4

Tracciando sul piano cartesiano la retta di lavoro e la curva (o retta) di equilibrio

è possibile graficamente, ricavare il numero n stadi teorici necessari per

l’estrazione. Per tracciare la retta di equilibrio si calcola Y

0

( concentrazione del soluto nell’estratto in equilibrio con l’alimentazione)

in funzione di XF : Y = Kr * XF ( Kr costante), assegnando un valore a

0

caso alla X avremo il punto (XF, Y ) : H. La retta parte dall’origine.

0

Per tracciare la retta di lavoro si calcola la concentrazione nell’ultimo raffinato

Xn dalla resa ε. Se il solvente è puro si ha: Ys = 0, per cui si conosce il punto

(Xn, Ys) che è (Xn, 0), punto da dove parte la retta di lavoro.

A diluente

Calcolando = = tg α B

solvente

si traccia la retta avente pendenza α, partendo da (Xn, 0).

Anziché operare con la tg α , per risolvere il problema

della pendenza, si determina l’ordinata punto G

A

Ys + * (XF - Xn ) = Y1 , avente per ascissa XF .

B 5

Unendo il punto (Xn, 0) con il punto G (Y1, XF) si può tracciare la

retta di lavoro . H

Yo Retta di equilibrio

1 G

Y1 Retta di lavoro

2

Y2 3

Y3 4

Y4 D

YS=0 X1

X2

Xn X3 XF 6

L’estrazione in controcorrente è superiore.

In pratica con lo stesso numero di stadi e la stessa resa, si opera con meno

della metà di solvente e si ottiene un estratto più concentrato.

La costruzione dei gradini parte da G. Ogni gradino corrisponde ad uno

stadio ideale. Nell’intervallo di concentrazione che interessa la retta di

lavoro deve stare al di sotto di quella d’equilibrio.

La concentrazione del raffinato sta nelle ascisse e quella dell’estratto sulle

ordinate, così in ogni stadio di estrazione la conc. di soluto nel raffinato

entrante è superiore a quella nell’uscente. Mentre quella dell’estratto

entrante è inferiore all’estratto uscente. Le condizioni limite sono quelle

per cui la retta di lavoro tocca la linea di equilibrio, corrispondente a n

infinito. SISTEMI A PARZIALE SOLUBILITA’

In questo caso sono presenti fasi ternarie, e si usano diagrammi a

triangolo, equilatero o rettangolo isoscele. Le concentrazioni ( in massa )

vengono espresse in frazioni, cioè sostanza fratto miscela.

X frazione del soluto C, Y solvente B, Z del diluente A.

I vertici rappresentano i composti puri. I punti sui lati rappresentano le

frazioni binarie tra i componenti presenti nel lato. I punti interni

rappresentano miscele ternarie le cui concentrazioni nei tre

componenti sono ricavate tirando le parallele dal punto (es. P) ai lati

opposti alla grandezza riferita, e, stabilito il verso (antiorario),

considerando il vettore che incide sul lato corrispondente alla

concentrazione cercata: 0 1 C C(

C (X), B (Y) , A (Z). X)

(Verso antiorario)

A è il diluente A(Z)

B è il solvente puro Q 0

B 8

C è il soluto 1

A 0 B(Y)

1

Per trovare le coordinate x,y,z ( che non sono altro che le concentrazioni in

frazioni molari) corrispondenti ad una miscela è conveniente tracciare tutte le

parallele ai lati sino ad arrivare ai vertici. Il punto avente coordinate:

X=0,3, Y=0,4 e Z=0,3 si trova in

1 C P. La somma delle frazioni

molari è: X+Y+Z =1.

Viceversa dal punto P dato, è

possibile risalire alle coordinate

Z=0,3 tracciando i vettori paralleli ai tre

cateti.

0,5

0,5 X=0,3

P

1 B

1

A 0,5

Y=0,4 9

I punti rappresentativi si trovano nel tratto di curva DP R (ramo raffinati) e E

nel tratto PG ( ramo estratti).

Il segmento R E è detto retta di coniugazione. C

La curva DPG è chiamata “binodale”. F P

I bilanci di materia sono : E

M

M = F + S globale.

M * XM = F * XF + S * XS R S

bilancio al soluto

M * YM = F * YF + S * YS A B

G

D

bilancio al solvente.

Da cui

F * XF + S * XS F * YF + S * YS

XM= e YM=

M M

Sostituendo il bil.glob. F XM – XS

nel bilancio al soluto si =

ottiene: S XF – XM 10

Per calcolare le portate è conveniente disegnare una tabella con riportate le portate F,

S, R e E e le concentrazioni X,Y,e Z .

Ricordando che X+Y+Z=1

F S R E

XF XS XR XE

YF YS YR YE

ZF ZS ZR ZE

XF Rappresenta la concentrazione del soluto nell’alimentazione F

YF Rappresenta la concentrazione del solvente nell’alimentazione F

ZF Rappresenta la concentrazione del diluente nell’alimentazione F

XE Rappresenta la concentrazione del soluto nell’estratto E

YE Rappresenta la concentrazione del solvente nell’estratto E

ZE Rappresenta la concentrazione del diluente nell’estratto E

XR Rappresenta la concentrazione del soluto nel Raffinato R

YR Rappresenta la concentrazione del solvente nel Raffinato R

ZR Rappresenta la concentrazione del diluente nel Raffinato R 11

ESTRAZIONE A SINGOLO STADIO NEL CASO DI PARZIALE

MISCIBILITA’

E’ come quello studiato nel caso di immiscibilità

Si usano però le concentrazioni in frazioni anziché in rapporto. C

F E

XF YF ZF XE YE ZE

M

XS YS ZS XR YR ZR F

S R D E

F costituita da soluto e diluente ( sta sul

lato AC)

S solvente impuro contenente anche M

R G

soluto e solvente per cui il suo punto S

rappresentativo sta all’interno del A B

triangolo (ma fuori della zona di

immiscibilità).

M che rappresenta la miscela, giace sul segmento FS all’interno della lacuna di

miscibilità (nel caso contrario non formandosi le due fasi l’estrazione non

sarebbe possibile).

I punti D e G rappresentano le condizioni limite per la formazione delle due

fasi, al di fuori si ha una sola fase e non si ha estrazione. 12

D corrisponde alla minima quantità di solvente B , G alla massima.

La miscela M è costituita da due fasi, l’estratto E e il raffinato R i cui punti

rappresentativi stanno sulla curva binodale.

Oltre che analiticamente, il bilancio di materia è possibile determinarlo anche

graficamente applicando la regola della leva vista prima.

Per risolvere il problema si uniscono i punti F e S , si ottiene così D che rappresenta

il rapporto minimo solvente / alimentazione. Si calcola, dalle misure lette sul

grafico, ( S / F) min.

DF

che è = DS

che rappresenta il rapporto minimo. Si aumenta del coefficiente di maggiorazione

voluto e si calcola il rapporto effettivo.

S

Da cui S da utilizzare è = * F

F eff

Conoscendo il valore S/Feff

si può calcolare il punto miscela M , da S/Feff = FM / SM 13

ESTRAZIONE LIQUIDO – SOLIDO - LISCIVIAZIONE

Il luogo dei punti rappresentativi dei residui è la linea di equilibrio.

Essa si disegna o sapendo i punti o l’equazione della retta, oppure ipotizzando

un rapporto costante

Soluzione / inerte o solvente / inerte.

B

B B

C

C C

I

I I

Soluz./ inerte=cost Solvente / inerte = cost 14

ESTRAZIONE A SINGOLO STADIO

Per prima cosa si disegna la tabella con F, S, E e R e le loro

concentrazioni x, y e z, poi si traccia la linea d’equilibrio nel

modo visto. Si localizzano sul diagramma a triangolo

rettangolo isoscele i punti rappresentativi di F e S e si uniscono ( se il

solvente è puro il segmento parte dal vertice S e va in F che si trova nel

cateto ascissa. La linea d’equilibrio e il segmento FS si incontrano in D

rappresentativo del miscuglio ottenuto col minimo quantitativo di solvente.

F FD F

Per calcolare il rapporto minimo si applica =

S SD S min

Il rapporto va poi maggiorato come richiesto e si ottiene il rapporto

effettivo 15