استخراج

[sara.shz]

در عمليات استخراج مايع- مايع هدف جداسازي اجزاء يك خوراك است كه ممكن است شامل دو يا چند جزء باشد. در اين عمليات خوراك با يك جريان مايع ديگر كه به حلال معروف است تماس پيدا مي¬كند. كه يك يا چند جزء از خوراك به ميزان خيلي كم در حلال حل شده (يا ممكن است اصلاً حل نشوند) و يك يا چند جزء ديگر كاملاً يا به طور نسبي در حلال حل مي-شوند و اين توزيع اجزاء خوراك اوليه بين دو فاز مايع مجزا، باعث جداسازي نسبي اجزاء خواهد گردید. طبق نظر دری و ویلیامز ، عمليات استخراج مايع- مايع حداقل از زمان روميان براي جداسازي طلا و نقره از مس مذاب مورد استفاده قرار گرفته و بعدها از سولفور به جهت انتخاب¬پذيري آن استفاده شده است. استفاده از اين روش ارزشمند از سال 1930 در مقياس صنعتي گسترش يافت و براي جداسازي آروماتيك و تركيبات گوگردي از نفت سفيد از حلال دي¬اكسيد گوگرد استفاده شد زیرا جداسازي آروماتيك از نفت سفيد باعث بهتر سوختن آن خواهد شد. استفاده از اين روش در سال¬هاي اخير به دليل تقاضا براي مواد حساس به دما، خلوص بالا، تجهيزات با راندمان بالا و در دسترس بودن حلال¬هاي جديد با قدرت انتخاب¬پذيري بالا، افزايش يافته است. عمليات استخراج مايع- مايع علاوه بر موارد ذكر شده در صنعت بيوشيمي براي جداسازي پروتئين¬ها و آنتي¬بيوتيك¬ها و خالص¬سازي آنها، در صنعت فلزات براي جداسازي مس از محلول مذاب آن، در صنايع شيميايي براي جداسازي موادي كه نقطه جوش بالايي دارند مانند اسيد سولفوريك و اسيد باريك از محلول¬هاي رقيق مورد استفاده قرار مي¬گيرد.

[sara.shz]

انتخاب حلال:اولين مرحله در استخراج مایع- مایع، پيدا كردن حلال مناسب است. حلال ایده¬آل باید دارای شرایط زیر باشد: 1- انتخاب¬پذیری جزء حل شونده نسبت به جزء حمل شونده توسط حلال باید بیشترین مقدار را داشته باشد. در صورتی که انتخاب¬پذیری بالا باشد هزینه بازیابی جزء حمل شونده از حلال کاهش خواهد یافت. 2- ظرفیت حل کنندگی جزء سبک در حلال بالا باشد تا بتوان نسبت حلال به خوراک را کاهش داد و حلال کمتری در فرآیند استخراج مایع- مایع مورد استفاده قرار گیرد. 3- حلال کمترین حل شوندگی را در جزء حمل شونده داشته باشد. 4- ضریب فراریت بین جزء حل شونده و حلال در حد مناسبی باشد که بتوان این دو جزء را توسط فرآیند تقطیر از یکدیگر جدا نمود. فشار بخار حلال نباید زیاد باشد زیرا باعث افزایش فشار استخراج کننده شده و از طرفی نباید فشار بخار حلال آنقدر کم باشد که باعث بالا رفتن دما در جوش¬آور برج تقطیر بازیابی حلال شود. 5- حلال باید از لحاظ شیمیایی پایدار باشد تا میزان تزریقی جبرانی به سیستم کاهش یابد. 6- حلال نباید تاثیر منفی از قبیل خوردگی روی تجهیزات داشته باشد. 7- برای کاهش افت فشار و افزایش انتقال جرم باید ویسکوزیته حلال پایین باشد. 8- جهت ایمنی اپراتور نباید حلال سمی و اشتعال¬پذیر باشد. 9- حلال ارزان و در دسترس باشد. 10- جهت تماس و جداسازی مناسب دو فاز باید کشش سطحی در حد متوسط باشد. 11- هر چه اختلاف دانسیته حلال و جزء حمل شونده بیشتر باشد، ظرفیت استخراج کننده نیز بیشتر خواهد بود.

[sara.shz]

تجهيزات:در زمينه استخراج مايع- مايع تجهيزات متنوعي وجود دارد كه برخي از اين دستگاه¬ها براي جذب ، دفع و تقطير نيز كاربرد داشته اما راندمان خیلی بالايي ندارند مگر در حالتی که ويسكوزيته مايع كم و اختلاف دانسيته دو فاز مايع زياد باشد. براي زمانيكه ويسكوزيته زياد و اختلاف دانسيته¬ها كم باشد استفاده از همزن مكانيكي توصيه مي¬شود. تعداد مراحل تئوري بدون در نظر گرفتن نوع دستگاه محاسبه مي¬شود. اما ابعاد دستگاه براي سيستم پيوسته و غير همسو با استفاده از روش تجربي داده¬هاي انتقال جرم مربوط به همان دستگاه¬ها مشخص مي¬شود. در استخراج مايع- مایع علاوه بر روش ذکر شده، پارامتر ديگري تحت عنوان ارتفاع معادل یک مرحله تعادلی جهت تعيين طول دستگاه به کار برده می¬شود.

[sara.shz]

برج آکنده:برجهاي پر شده نيز براي استخراج مايع- مايع بكار ميروند. اختلاط محوري در برجهاي پاششي كم است و ميتوان توسط برجهاي پر شده آن را كمتر كرد اما نميتوان آن را توسط اين روش حذف نمود. به ازای طول مشخصی از برج از یک توزیع کننده مجدد استفاده می¬شود. به طور کلی آكنه¬ها ميزان انتقال جرم را افزايش مي¬دهند چون آكنه¬ها باعث شكسته شدن قطرات بزرگ به قطرات كوچكتر مي¬شوند و با تغيير شكل قطرات باعث اختلاط در خود قطره مي¬شوند و توزيع در آن را از بين مي¬برند (مقاومت انتقال جرم داخل قطرات را از بين مي¬برند) و با اين عمل اختلاف غلظت بين داخل قطره و خارج قطره افزايش مي¬يابد و انتقال جرم بيشتر مي¬شود. بجز حلقه¬هاي راشينگ، همه آكنه¬هايي كه در تقطير و جذب گاز استفاده مي¬شوند در عمليات استخراج مايع- مايع نيز ميتوانند مورد استفاده قرار گيرند.

[sara.shz]

برج سيني¬دار:برج سيني¬دار نيز براي استخراج مايع- مايع بكار مي¬رود. شمایی از یک برج سینی¬دار با سینی مشبک که در فرآیند استخراج مایع- مایع استفاده می¬شود. در برج سینی¬دار نیز هر کدام از فازها می¬توانند به صورت توزیع شده باشند و فاز دیگر، فاز پیوسته خواهد بود.

[sara.shz]

سيستم يك مرحله¬اي و سيستم¬هاي متقاطع:سيستم¬هاي يك مرحله¬اي توسط قوانيني كه ارائه شد به راحتي قابل حل مي¬باشند. سيستم يك مرحله¬اي ممكن است به صورت جريان پيوسته يا به صورت ناپيوسته باشند. يك سيستم ناپيوسته استخراج مايع- مايع شامل يك مخزن است كه به همزن مجهز شده است كه خوراك و حلال به آن تزريق مي¬شوند و پس از تزريق، توسط همزن مخلوط مي¬شوند. سپس زمان لازم به آنها داده مي¬شود تا به دو فاز تبديل شوند و در نهايت محصولات خارج مي¬شوند. اما در سيستم با جريان پيوسته، دستگاه استخراج مايع- مايع شامل يك همزن و يك ته¬نشين كننده مي¬باشد كه خوراك و حلال به طور پيوسته به همزن تزريق مي¬شوند و محصولات نيز به طور پيوسته از ته¬نشين كننده خارج مي¬شوند.

[sara.shz]

خطوط تعادل:خطوط تعادلي كه در دياگرام¬هاي سه¬تايي وجود دارند با استفاده از آزمايش به دست آمدهاند و تعداد نقاط این آزمایش¬ها محدود می¬باشند. گاهي اوقات لازم است كه بين خطوط تعادلي ميان¬يابي كنيم. براي اين منظور از روش ميان¬يابي استفاده ميكنيم.

[sara.shz]

حداقل و حداکثر نسبت دبي حلال به خوراك:تعداد مراحل تئوري را زماني مي¬توان محاسبه كرد كه مقدار حلال بيشتر از مقدار مينيمم آن و كمتر از مقدار ماكزيمم باشد. مينيمم حلال، مقدار جرياني از حلال است كه براي جداسازي به بينهايت مرحله تئوري نياز داشته باشد. ماكزيمم مقدار حلال، مقدار جرياني از حلال است كه مي¬توان به خوراك اضافه كرد تا به صورت دو فاز باقي بماند و بعد از آن اگر حلال اضافه كنيم محلول از حالت دو فاز به حالت يك فاز تغيير خواهد كرد. هر دو حالت اخير باعث بروز مشكلاتي خواهد شد. اگر از مينيمم مقدار حلال استفاده كنيم تعداد مراحل تئوري براي جداسازي بينهايت خواهد شد و ابعاد دستگاه خيلي بزرگ مي¬شود و در نتیجه هزينه¬ها افزايش مي¬يابد و در صورتي كه از ماكزيمم مقدار حلال استفاده كنيم هزينه تهيه حلال و جداسازي¬هاي بعد از آن افزايش خواهد يافت.

[sara.shz]

به دست آوردن حداقل تعداد مراحل تئوري:هرگاه نسبت جریان برگشتی را زیاد کرده و به سمت بینهایت میل دهیم، تعداد مراحل تئوری لازم به کمترین مقدار خود خواهد رسید که به آن، حداقل تعداد مراحل تئوری گویند.

[sara.shz]

استخراج جامد- مایع:در بسياري موارد مواد غذايي، زيستي، آلي و غير آلي به صورت يک مخلوط در فاز جامد موجود مي¬باشند. براي جداسازي يک جزء مطلوب يا خارج کردن يک جزء نامطلوب از فاز جامد مي¬توان از تماس فاز جامد با حلال مايع استفاده نمود. وقتي که دو فاز با هم در تماس هستند يک يا چند جزء حل شونده تمايل دارند از فاز جامد به فاز مايع نفوذ کنند که در نتيجه يک جداسازي بين اجزاء بوجود مي¬آيد. اين جداسازي استخراج جامد- مايع یا لیچینگ نام دارد. در فرآيند استخراج جامد- مايع وقتي جزء نامطلوب توسط حلال آب از فاز جامد جدا مي¬شود به فرآيند اصطلاحاً شستشو گويند.

[sara.shz]

فرآيند استخراج جامد-مايع در صنايع غذايي و زيستي:در صنايع غذايي بسياري از محصولات توسط فرآيند استخراج جامد- مايع از مواد خام جداسازي مي¬شوند. يکي از اين فرآيندها که بسيار حائز اهميت مي¬باشد فرآيند جداسازي قند از چقندر قند توسط آب گرم است. همچنين در توليد روغن¬هاي نباتي حلال¬هاي آلي همچون هگزان، استون و يا اتر استفاده مي¬شوند تا بتوان روغن موجود در بادام زميني، سويا، کتان، دانه¬ها کرچک، دانه¬ها آفتابگردان، دانه¬ها پنبه و ماهي را جدا کرد. در صنايع دارويي بسياري از داروها توسط استخراج جامد- مايع از ريشه يا ساقه گياهان استخراج مي¬شوند و مثال معمول آن استخراج قهوه و همچنين درست کردن نوشيدني چاي از چاي خشک مي-باشد. اسيد تانيک نيز توسط آب از پوست درخت جدا مي¬شود.

[sara.shz]

فرآيند استخراج جامد- مايع براي مواد آلي و غير آلي:فرآيند استخراج جامد- مايع به طور وسيعي در صنايع فلزات مورد استفاده قرار مي¬گيرد. فلزات سودمند معمولاً با درصد پايين در مخلوطي از مواد نامطلوب قرار گرفته¬اند که توسط يک حلال از اين مواد استخراج مي¬شوند. نمک مس موجود در سنگ معدن توسط اسيد سولفوريک و محلول¬هاي آمونياکي استخراج مي¬شود. نمک کبالت و نيکل توسط حلال اسيد سولفوريک- آمونياک- اکسيژن از سنگ معدن استخراج مي¬شود و طلا توسط محلول سيانيد سديم از سنگ معدن آن استخراج مي¬شود

[sara.shz]

روش¬ها عملياتي استخراج جامد- مايع:تعدادي از روش¬هاي عملياتي براي استخراج جامد- مايع که معمول هستند در ادامه شرح داده مي¬شوند. عمليات استخراج به صورت پيوسته يا به صورت ناپيوسته انجام مي¬شود. در يک تقسيمبندي ديگر عمليات به صورت تماس ديفرانسيلي يا به صورت تعدادي مراحل تعادلي انجام مي¬گردد. در صنايع معدني از سيستم ناپيوسته که به استخراج جامد-مایع درجا معروف است استفاده مي¬شود. در اين سيستم حلال در تماس با فاز جامد قرار گرفته و سپس توسط صاف کردن، حلال و فاز جامد را از هم جدا مي¬کنند. در روش ديگر مايع استخراج شده دوباره توسط پمپ روي فاز جامد خرد شده ريخته مي¬شود. مس توسط حلال اسيد سولفوريک از کاني سولفايد با استفاده از اين روش استخراج مي¬شود. در يک روش ديگر جامد خرد شده در يک بستر قرار گرفته و حلال مايع روي آن حرکت مي¬کند. در اين حالت نبايد جامد خرد شده ريز باشد چون جلوي حرکت سيال را خواهد گرفت و گاهي اوقات از چندين تانک که به صورت سري قرار گرفته¬اند براي استخراج استفاده مي¬شود که به این مجموعه، مجموعه استخراج گفته مي¬شود و هر تانک، دیفیوزر ناميده مي¬شود و به هر تانک حلال تازه تزريق مي¬شود. حلال مي¬تواند به صورت غير مستقيم با فاز جامد حرکت کند. در اين سيستم بين هر دو تانک بايد يک پمپ تعبيه شود که با اين سيستم، سیستم شانک اطلاق مي¬شود. از اين روش به طور گسترده¬اي در استخراج نيترات سديم از سنگ معدن، استخراج اسيد تانيک از پوست درختان و چوب، صنايع معدني، صنعت شکر و ديگر فرآيندها استفاده مي¬شود. در برخي فرآيندها فاز جامد خرد شده توسط نوار نقاله يا انتقال دهنده مارپيچي با فاز حلال تماس داده مي¬شود. همچنين جامد خرد شده مي¬تواند در مخازن مجهز به همزن يا تغليظ کننده با حلال تماس داده شود اين فرآيند مي¬تواند به صورت پايا و ناپايا انجام شود.