Chap4.pdf

Chương 4: TRÍCH LY
A. HỆ LỎNG - LỎNG
4.1 Khái niệm, nguyên lý trích ly lỏng - lỏng
Trích ly lỏng - lỏng: là quá trình tách chất hòa tan trong chất
lỏng bằng một chất lỏng khác.
Sơ đồ nguyên tắc trích ly

Quá trình trích ly lỏng - lỏng gồm ba giai đoạn:
• Giai đoạn trộn lẫn dung dịch đầu (gồm dung môi đầu L
và cấu tử cần tách M) với dung môi thứ G. Cấu tử phân bố M
cần tách sẽ di chuyển từ dung dịch vào dung môi thứ cho đến
khi đạt cân bằng giữa hai pha.
• Giai đoạn phân tách hai pha. Hai pha này phân thành
lớp nên tách ra rất dễ dàng, một pha gồm dung môi thứ G và
cấu tử phân bố M, gọi là pha trích. Một pha gồm dung môi đầu
L và một ít cấu tử phân bố còn lại, gọi là pha raphinat. Trong
mỗi pha có thể có mặt cả ba cấu tử do L và G có thể tan lẫn một
phần vào nhau.
• Giai đoạn hoàn nguyên dung môi: tách cấu tử M ra khỏi
dung môi thứ G.

 Các đặc điểm của quá trình trích ly:
 Có thể tiến hành ở nhiệt độ thường,
 Hiệu suất phân tách phụ thuộc chủ yếu vào dung môi,
 Khối lượng riêng của các pha chênh lệch không đáng kể,
 Phương thức làm việc: có thể là liên tục hoặc gián
đoạn.
 Yêu cầu đối với dung môi:
 Có tính hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần
tách, không hòa tan hoặc ít hòa tan các cấu tử khác;
 Không độc, không ăn mòn thiết bị;
 Rẻ tiền, dễ kiếm;
 Khối lượng riêng của dung môi khác xa khối lượng
riêng của dung dịch;
 Nhiệt dung riêng bé để tiết kiệm năng lượng vì sau trích
ly cần phải hoàn nguyên.

 Ứng dụng:
 Thu hồi cấu tử quý
 Thu được dung dịch có nồng độ đậm đặc;
 Phân tách một hỗn hợp đồng nhất thành các cấu tử
thành phần.
So với chưng luyện, quá trình phân tách hỗn hợp đồng
nhất bằng phương pháp trích ly phức tạp hơn, nhưng nó
thường được dùng để tách trong các trường hợp sau:
 Tách hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao;
 Tách hỗn hợp đẳng phí và những dung dịch có độ bay
hơi tương đối rất gần nhau;
 Tách các dung dịch quá loãng.

4.2 Cân bằng pha trong hệ 2 pha 3 cấu tử
4.2.1 Định luật phân bố:
Trạng thái cân bằng trong hệ lỏng - lỏng được xác định
bằng thế hóa của chất hòa tan trong cả hai pha.
Định luật phân bố:
𝑚𝑚 =
𝑦𝑦∗
𝑥𝑥
Trong đó:
y*, x: nồng độ cân bằng của cấu tử phân bố trong dung dịch
trích và trong pha raphinat;
m - hệ số phân bố.
Dung dịch thực: m phụ thuộc vào nồng độ. Quan hệ 𝑦𝑦∗ = 𝑓𝑓(𝑥𝑥)
là đường cong, m được xác định bằng thực nghiệm.
Dung dịch lý tưởng: 𝑚𝑚 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐, khi đó m chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ, ít phụ thuộc vào nồng độ.

Quan hệ cân bằng của trích ly lỏng - lỏng rất phức tạp do có
tương tác hóa học giữa cấu tử phân bố và dung môi, hoặc do
các hiện tượng hydrat hóa, solvat hóa nên quan hệ 𝑦𝑦∗ = 𝑓𝑓(𝑥𝑥)
là đường cong.

Ví dụ: 1. Biểu diễn trên đồ thị tam giác hệ nước - axeton -
clobenzen, theo bảng sau:
Pha raphinat (%kg) Pha trích
Nước Axeton Clobenze
n
Nước Axeton Clobenze
n
99,89 0 0,11 0,18 0 99,82
89,79 10 0,21 0,49 10,79 88,72
79,69 20 0,31 0,79 22,23 76,98
69,42 30 0,58 1,72 37,48 60,80
58,64 40 1,36 3,05 49,44 47,51
46,28 50 3,72 7,24 59,19 33,57
27,41 60 12,59 22,85 61,07 15,08
25,66 60,58 13,76 25,66 60,58 13,76

4.2.2 Đồ thị Y - X và đồ thị tam giác đều
4.2.2.1 Đồ thị Y - X
Nếu dung môi đầu và dung môi thứ không tan lẫn vào nhau,
quan hệ cân bằng có thể biểu diễn trên đồ thị Y - X.

4.2.2.2 Đồ thị tam giác đều
Nếu dung môi đầu và dung môi thứ hòa tan một phần vào
nhau, quan hệ cân bằng có thể biểu diễn trên đồ thị tam giác
đều.

Điểm N trong đồ thị tam giác được xác định bởi (XG, XL, XM)
𝑋𝑋𝐺𝐺 + 𝑋𝑋𝐿𝐿 + 𝑋𝑋𝑀𝑀 = 100%
Do đó chỉ cần biết 2 giá trị là có thể xác định được giá trị còn
lại.
Quy tắc tỷ lệ:
Điểm N nằm trong vùng hai pha sẽ phân tách thành pha trích E
và pha raphinat R.
• Theo quy tắc đòn bẩy thì N, R, E cùng nằm trên đường một
đường thẳng trong đồ thị tam giác.
• Điểm N chia đoạn RE theo tỷ lệ:
𝑅𝑅
𝐸𝐸
=
𝐸𝐸𝐸𝐸
𝑅𝑅𝑅𝑅

Ri, Ei là các cặp điểm liên hợp, RiEi đường liên hợp. K là điểm tới
hạn - là điểm tại đó cả hai pha đồng thời biến mất hay xuất
hiện. Các điểm nằm trong đường cân bằng là hệ dị thể, ngoài
đường cân bằng là hệ đồng thể. Quá trình trích ly chỉ có thể
thực hiện được với các hỗn hợp nằm trong đường cân bằng.
Hệ số phân bố m:
𝑚𝑚 =
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 độ 𝑀𝑀 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝐸𝐸 (𝑌𝑌∗)
𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 độ 𝑀𝑀 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑅𝑅 (𝑋𝑋)
Tùy thuộc vào bản chất của các dung môi L, G và của cấu tử M
mà M có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng 1. Quá trình trích ly
càng hiệu quả khi m >>1. Nếu m < 1 hoặc m = 1 thì không thể
tiến hành trích ly được.

Các yếu tố ảnh hưởng:

4.3.Các phương pháp trích ly
4.3.1. Trích ly một bậc liên tục và gián đoạn
Trích ly một bậc có thể thực hiện theo hai phương thức
gián đoạn hoặc liên tục.
Sơ đồ trích ly một bậc

Nguyên lý làm việc
Biểu diễn quá trình trích ly trên đồ thị tam giác:

Điểm F trên cạnh ML biểu diễn nồng độ của hỗn hợp đầu có nồng độ
𝑋𝑋𝐹𝐹, 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘. Quá trình trộn lẫn hỗn hợp đầu và dung môi thứ G
xảy ra trên đường FG, tọa độ của điểm N được xác định theo quy tắc
tỷ lệ:
𝐹𝐹
𝐺𝐺
=
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐹𝐹𝐹𝐹
Ngừng khuấy trộn dung dịch phân thành hai lớp R và E. R và E được
xác định bởi đường liên hợp đi qua điểm N. Từ đó ta sẽ xác định
được nồng độ của pha raphinat và pha trích. Tỷ lượng của pha
raphinat R và pha trích E được xác định theo quy tắc đòn bẩy:
𝑅𝑅
𝐸𝐸
=
𝐸𝐸𝐸𝐸
𝑅𝑅𝑅𝑅
Lượng dung môi thứ cực đại ứng với điểm N’:
𝐺𝐺𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹
𝐹𝐹𝐹𝐹′
𝐺𝐺𝐺𝐺′

Lượng dung môi thứ cực tiểu:
𝐺𝐺𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝐹𝐹
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
Phương trình cân bằng vật liệu:
𝑁𝑁 = 𝐹𝐹 + 𝐺𝐺 = 𝑅𝑅 + 𝐸𝐸
𝐹𝐹𝑋𝑋𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝑌𝑌𝐺𝐺 = 𝑅𝑅𝑋𝑋𝑅𝑅 + 𝐸𝐸𝑌𝑌𝐸𝐸
Trong đó:
𝐹𝐹 = 𝐿𝐿 + 𝑀𝑀 - lượng hỗn hợp đầu, kg;
G - lượng dung môi thứ, kg;
N - Lượng hỗn hợp, kg;
R - lượng pha raphinat, kg;
E - lượng pha trích, kg

Biểu diễn quá trình trích ly trên đồ thị �
𝑌𝑌 − �
𝑋𝑋
Nếu dung môi đầu L và dung môi thứ hoàn toàn không tan lẫn
hoặc ít tan lẫn thì quá trình trích ly có thể biểu diễn trên đồ thị
�
𝑌𝑌 − �
𝑋𝑋
Phương trình CBVL:
𝐿𝐿 �
𝑋𝑋𝐹𝐹 = 𝐿𝐿 �
𝑋𝑋 + 𝐺𝐺 �
𝑌𝑌
hay
�
𝑌𝑌 = −
𝐿𝐿
𝐺𝐺
�
𝑋𝑋 +
𝐿𝐿
𝐺𝐺
�
𝑋𝑋𝐹𝐹
Phương trình này có dạng đường thẳng đi qua điểm 0, �
𝑋𝑋𝐹𝐹 có
hệ số góc 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = −𝐿𝐿/𝐺𝐺.
Trình tự thể hiện:

Vẽ đường cân bằng �
𝑌𝑌∗ = 𝑓𝑓( �
𝑋𝑋) từ các số liệu thực nghiệm
Vẽ đường làm việc: xác định điểm 0, �
𝑋𝑋𝐹𝐹 , xác định hệ số góc
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = −𝐿𝐿/𝐺𝐺.
Giao điểm của đường làm việc và đường cân bằng cho biết
thành phần các pha ở trạng thái cân bằng.
Từ độ thị ta thấy: khi tăng lượng dung môi thì nồng độ pha
raphinat sẽ giảm xuống. Nồng độ pha trích đạt cực đại khi 𝐺𝐺 →
0, 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 → −∞.
Từ hai đồ thị ta cũng thấy nồng độ cấu tử M trong pha raphinat
và pha trích không khác xa so với hỗn hợp đầu.

4.3.2. Trích ly nhiều bậc chéo dòng.
Sơ đồ trích ly nhiều bậc chéo dòng:
Nguyên tắc làm việc:
Hỗn hợp đầu F vào bậc trích ly thứ nhất được trộn lẫn với một
lượng dung môi thứ G1 cho đến khi đạt cân bằng. Tách pha
trích E1 ra còn pha raphinat bậc 1 - R1 dẫn vào bậc 2, được trộn
lẫn với một lượng dung môi thứ G2 đến khi đạt cân bằng, tách
pha trích E2 ra còn pha R2 lại dẫn sang bậc 3 và quá trình lại xảy
ra tương tự như trên cho đến bậc cuối cùng.

Như vậy quá trình trích ly nhiều bậc chéo dòng chính là lặp lại nhiều
lần quá trình trích ly một bậc.
Lượng dung dịch trích thu được ở mỗi bậc là E1, E2, E3 … chứa lượng
cấu tử cần tách giảm dần.
Lượng dung môi tiêu tốn chung bằng tổng lượng dung môi tiêu tốn
tại mỗi bậc.
Quá trình trích ly nhiều bậc chéo dòng có thể tiến hành theo phương
thức gián đoạn trong cùng một thiết bị khuấy trộn.
Với lượng hỗn hợp đầu F, người ta đổ nhiều lần dung môi thứ G, mỗi
lần đổ một lượng dung môi G cần thiết vào thiết bị và khuấy trộn đến
trạng thái cân bằng rồi để lắng để phân tách pha triết và pha
raphinat.
Sau đó tách pha trích ra khỏi thiết bị, tiếp tục bổ xung một lượng
dung môi thứ G lặp lại quá trình như trên cho đến khi nồng độ cấu tử
cần tách trong pha raphinat đạt đến nồng độ yêu cầu.

Biểu diễn quá trình trích ly trên đồ thị tam giác:

Hỗn hợp đầu được biểu diễn ở điểm F trộn với lượng dung môi
thứ G1 tạo thành hỗn hợp N1. N1 nằm trên đường FG.
Sau khi đạt cân bằng ta thu được hai pha E1 và R1. R1 lại được
trộn lẫn với lượng dung môi thứ G2 tạo thành hỗn hợp N2. N2
nằm trên đường GR1,
Số đường liên hợp RiEi chính là số bậc trích ly nhiều bậc chéo
dòng.
Cân bằng vật liệu:
𝐹𝐹 + 𝐺𝐺1 = 𝑅𝑅1 + 𝐸𝐸1
𝑅𝑅1 + 𝐺𝐺2 = 𝑅𝑅2 + 𝐸𝐸2
…
𝑅𝑅𝑛𝑛−1 + 𝐺𝐺𝑛𝑛 = 𝑅𝑅𝑛𝑛 + 𝐸𝐸𝑛𝑛

4.3.3 Trích ly nhiều bậc ngược chiều
Sơ đồ trích ly nhiều bậc ngược chiều
Nguyên lý làm việc:
 Hỗn hợp đầu F đi vào bậc đầu tiên,
 Dung môi thứ G đi vào bậc cuối cùng.
 Hai pha raphinat R và pha trích E đi ngược chiều và tiếp xúc trực
tiếp với nhau.
 Như vậy khi dung dịch trích loãng nhất lại tiếp xúc với pha
raphinat có nồng độ cấu tử phân bố bé nhất nên có khả năng tách
triệt để cấu tử phân bố trong pha raphinat.
 Ngược lại khi dung dịch trích càng đậm đặc lại tiếp xúc với pha
raphinat có nồng độ cấu tử phân bố cao nên thu được dung dịch
trích có nồng độ càng cao.

 So với các phương pháp trích ly khác với cùng mức độ phân tách
thì trích ly nhiều bậc ngược chiều sẽ tiêu tốn dung môi ít nhất.
 Quá trình trích ly nhiều bậc ngược chiều có thể tiến hành trong
các thiết bị khuấy trộn nối tiếp nhau hoặc trong các tháp đệm, đĩa,
vành khăn có cánh khuấy, …
 Trích ly nhiều bậc ngược chiều chỉ làm việc theo phương thức liên
tục.
Tính toán quá trình trích ly nhiều bậc ngược chiều trên đồ thị tam
giác
• Cân bằng vật liệu
𝑁𝑁 = 𝐹𝐹 + 𝐺𝐺 = 𝐸𝐸1 + 𝑅𝑅𝑛𝑛
𝐹𝐹 − 𝐸𝐸1 = 𝑅𝑅𝑛𝑛 − 𝐺𝐺 = 𝑃𝑃 ⇒ 𝐹𝐹 = 𝐸𝐸1 + 𝑃𝑃
N - Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu và dung môi thứ, kg/h;
F - Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu, kg/h
G - Lưu lượng khối lượng dung môi thứ, kg/h;
E1 - Lưu lượng khối lượng của dung dịch trích ra khỏi hệ thống,
kg/h
Rn - Lưu lượng khối lượng của pha raphinat ra khỏi hệ thống, kg/h.

• CBVL tại bậc 1:
𝐹𝐹 + 𝐸𝐸2 = 𝐸𝐸1 + 𝑅𝑅1 ⇔ 𝐹𝐹 − 𝐸𝐸1 = 𝑅𝑅1 − 𝐸𝐸2 = 𝑃𝑃
• CBVL tại bậc 2:
𝑅𝑅1 + 𝐸𝐸3 = 𝐸𝐸2 + 𝑅𝑅2 ⇔ 𝑅𝑅1 − 𝐸𝐸2 = 𝑅𝑅2 − 𝐸𝐸3 = 𝑃𝑃
• CBVL tại bậc n:
𝑅𝑅𝑛𝑛−1 + 𝐺𝐺 = 𝐸𝐸𝑛𝑛 + 𝑅𝑅𝑛𝑛 ⇔ 𝑅𝑅𝑛𝑛−1 − 𝐸𝐸𝑛𝑛 = 𝑅𝑅𝑛𝑛 − 𝐺𝐺 = 𝑃𝑃 ⇒ 𝑅𝑅𝑛𝑛 = 𝐺𝐺 + 𝑃𝑃
Từ phương trình (*) ta có thể xem F như là hỗn hợp được tạo bởi hai
dung dịch E1 và P. Theo quy tắc đòn bẩy thì 3 điểm P, F, E1 phải trên
một đường thẳng.
Tương tự từ (**) thì 3 điểm P, Rn, G cũng trên một đường thẳng.
Từ các phương trình CBVL trên ta cũng rút ra được quy luật hiệu giữa
dòng trên và dòng dưới tại mỗi bậc là một đại lượng không đổi và
bằng P.
P là điểm cực (điểm làm việc) trên đồ thị tam giác.

Trong tính toán thiết kế trích ly nhiều bậc ngược chiều một trong những nhiệm vụ
đặt ra là phải xác định được lượng dung môi tiêu tốn và số bậc trích ly cần thiết, khi
biết nồng độ và lưu lượng hỗn hợp đầu cũng như thành phần của dung môi thứ,
pha trích và pha raphinat. Tức là xác định được các điểm F,G, E1, Rn trên đồ thị tam
giác.
N là giao điểm của hai đoạn thẳng FG và E1Rn, theo quy tắc tỷ lệ ta có:
𝐹𝐹
𝐺𝐺
=
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐹𝐹𝐹𝐹
• Lượng dung môi tiêu tốn:
𝐺𝐺 = 𝐹𝐹
𝐹𝐹𝐹𝐹
𝐺𝐺𝐺𝐺
• Lượng pha raphinat thu được:
𝑅𝑅𝑛𝑛 = (𝐹𝐹 + 𝐺𝐺)
𝐸𝐸1𝑁𝑁
𝐸𝐸1𝑅𝑅𝑛𝑛
• Lượng pha trích thu được:
𝐸𝐸1 = (𝐹𝐹 + 𝐺𝐺)
𝑅𝑅𝑛𝑛𝑁𝑁
𝐸𝐸1𝑅𝑅𝑛𝑛

 Số bậc trích ly:
Tìm điểm cực P là giao điểm của hai đường FE1 và RnG. Từ E1 xác
định điểm liên hợp R1, nối PR1 cắt nhánh phải đường cân bằng tại
điểm E2, tìm điểm liên hợp R2, nối PR2 cắt nhánh phải đường cân
bằng tại E3. Quá trình tiếp tục cho đến khi tìm được đường liên hợp
đi qua Rn thì dừng lại, số đường liên hợp vẽ được chính là số bậc
trích ly.

Tính toán quá trình trích ly nhiều bậc ngược chiều trên đồ thị vuông
(Y - X)
CBVL cho toàn thiết bị:
𝐿𝐿𝑋𝑋𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝑌𝑌0 = 𝐿𝐿𝑋𝑋𝑛𝑛 + 𝐺𝐺𝑌𝑌1
CBVL cho một đoạn thiết bị:
𝐿𝐿𝑋𝑋𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝐺𝐺 = 𝐿𝐿𝐿𝐿 + 𝐺𝐺𝑌𝑌1 ⇒ 𝑌𝑌 =
𝐿𝐿
𝐺𝐺
𝑋𝑋 + 𝑌𝑌1 −
𝐿𝐿
𝐺𝐺
𝑋𝑋𝐹𝐹
Phương trình này có dạng đường thẳng đi qua hai điểm A(XF,Y1) và
B(Xn, Y0). Để xác định số bậc trích ly ta làm như sau:
- Vẽ đường cân bằng 𝑌𝑌∗
= 𝑓𝑓(𝑋𝑋) từ các số liệu thực nghiệm;
- Vẽ đường làm việc đi qua hai điểm A và B;
- Từ A (hoặc B) vẽ số bậc thay đổi nồng độ tương tự như trong chưng
luyện hoặc hấp thụ, số bậc thay đổi nồng độ thu được chính là số bậc
trích ly nhiều bậc ngược chiều.

So với trích ly nhiều bậc chéo dòng, trích ly nhiều bậc ngược chiều
tốn ít dung môi hơn mà nồng độ cấu tử trong dung dịch trích đậm
đặc hơn, trong pha raphinat nhỏ hơn.
Trong thực tế người ta còn tiến hành phương pháp trích ly nhiều bậc
ngược chiều có hồi lưu và phương pháp trích ly với hai dung môi để
tăng khả năng phân tách

4.4. Nguyên lý và cấu tạo thiết bị trích ly lỏng - lỏng
Phân loại:
Theo phương pháp tiếp xúc pha: loại tiếp xúc từng bậc và loại tiếp xúc liên
tục.
Trong mỗi loại đều có hai nhóm: nhóm có năng lượng ngoài kích thích và
nhóm không có năng lượng ngoài kích thích.
Loại không có năng lượng ngoài kích thích:
• Tháp phun
• Tháp có tấm ngăn
Loại có năng lượng ngoài kích thích:
• Tháp đĩa hình vành khăn có cánh khuấy
• Thiết bị có gây chấn động ngoài

4.4.1 Tháp phun
Tháp làm việc theo nguyên tắc ngược
chiều, pha nặng đi từ trên xuống và
là pha liên tục, pha nhẹ đi từ dưới
lên phân tán vào trong pha nặng nhờ
vòi phun, đến một độ cao nào đó các
hạt của pha phân tán tập trung lại và
tách ra khỏi pha liên tục.
Để khống chế chiều cao làm việc của
pha liên tục người ta tháo pha nặng
qua ống xiphông.
Tháp phun có cấu tạo đơn giản, năng
suất cao nhưng hiệu suất thấp

4.4.2 Tháp có tấm ngăn
Tấm ngăn có thể là hình vành khăn
hay hình viên phân. Bề mặt của tấm
ngăn bằng khoảng 70% bề mặt ngang
của tháp. khoảng cách giữa các tấm
ngăn từ 0,1 ÷ 0,15m. Đường kính của
tháp khoảng 0,9 ÷ 1,8 m.
Tháp làm việc theo nguyên tắc ngược
chiều, pha nặng đi từ trên xuống pha
nhẹ đi từ dưới lên, hai pha được trộn
lẫn với nhau trong các khoang nhờ
xáo trộn thủy lực.

4.4.3 Thiết bị có gây chấn động ngoài
Tháp có thể là tháp đĩa lưới không ống
chảy chuyền hoặc tháp đệm. Để tạo ra
chấn động (dao động mạch nhịp)
người ta thường dùng bơm pitton
không có van, bơm được nối với đáy
tháp hoặc với đường ống cho pha nhẹ
vào. Tháp có thể làm việc với các chất
lỏng có khối lượng riêng khác nhau chỉ
0,05 g/cm3.

B. HỆ RẮN - LỎNG
4.5. Khái niệm về trích ly rắn - lỏng (R - L)
 Quá trình hòa tan chọn lọc một hoặc một vài cấu tử từ chất rắn, gọi là
quá trình tích ly rắn - lỏng.
 Trong công nghiệp dung môi thường dùng là nước hoặc hỗn hợp của
nước. Cũng giống như với trích ly lỏng - lỏng, dung môi ở đây cũng phải
có tính hòa tan chọn lọc.
 Ứng dụng:
 Trong công nghệ môi trường trích ly R - L thường dùng trong các quá
trình hòa tách để thu hồi kim loại quý trong bùn thải và chất thải rắn
(chất thải điện tử).
 Trong công nghệ tuyển khoáng, nó được dùng để tách các cấu tử quý
(vàng) ra khỏi quặng.

Nguyên lý trích ly R - L:
Quá trình trích ly R - L bao gồm các giai đoạn:
 Dung môi thâm nhập vào các mao quan của vật thể rắn,
 Hòa tan cấu tử cần tách (hoặc tiến hành phản ứng hóa học)
 Chất tan và dung môi khuếch tán vào dung dịch từ vật thể rắn.
Nếu chất hòa tan trong các mao quản ở trạng thái lỏng, trường hợp này
chất hòa tan được chuyển trực tiếp vào dung môi bằng khuếch tán.
Các yếu tố ảnh hưởng:
• Hình dạng, kích thước bên ngoài của vật thể rắn
• Cấu trúc bên trong của chất rắn như kích thước, hình dạng, cách sắp xếp
của mao quản …
• Thành phần hóa học chất rắn,
• Nhiệt độ,
• Tốc độ khuấy trộn.

4.6. Cân bằng và động học của quá trình
Trạng thái cân bằng trong trích ly R - L
được thiết lập khi thế hóa của cấu tử
phân bố ở trong dung dịch bằng thế hóa
của nó ở trong chất rắn. Nồng độ của
dung dịch khi đó gọi là độ hòa tan. Độ
hòa tan của mỗi chất phụ thuộc vào nhiệt
độ.
Động lực của quá trình trích ly R - L:
∆𝐶𝐶 = 𝐶𝐶𝑔𝑔𝑔 − 𝐶𝐶0 = 𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 − 𝐶𝐶0
Trong đó:
𝐶𝐶𝑔𝑔𝑔- nồng độ cấu tử phân bố trên bề mặt VTR
𝐶𝐶0- nồng độ trung bình của cấu tử phan bố trong dung dịch,
𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 - nồng độ bão hòa
Do cân bằng được thiết lập rất nhanh nên có thể xem 𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 ≈ 𝐶𝐶𝑔𝑔𝑔.

Phương trình cấp khối từ rắn vào lỏng có dạng:
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑
= 𝛽𝛽𝛽𝛽(𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 − 𝐶𝐶0)
Trong đó:
𝛽𝛽 - hệ số cấp khối từ rắn vào lỏng
𝐹𝐹 - bề mặt hòa tan của pha rắn
Mặt khác tại sát bề mặt VTR quá trình di chuyển vật chất trong lớp
giới hạn có chiều dày 𝛿𝛿 là KTPT
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑
= 𝐷𝐷𝐷𝐷
𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 − 𝐶𝐶0
𝛿𝛿
D - hệ số khuếch tán phân tử
Từ hai phương trình trên rút ra:
𝛽𝛽 =
𝐷𝐷
𝛿𝛿

Hệ số cấp khối 𝛽𝛽 tỷ lệ thuận với hệ số khuếch tán D và tỷ lệ nghịch với chiều
dày lớp giới hạn 𝛿𝛿.
Do đó để tăng tốc độ khuếch tán ngoài cần phải giảm 𝛿𝛿 và tăng D.
 Vì vậy trong trích ly R- L người ta thường tăng cường khuấy trộn để giảm
chiều dày giới hạn.
 Khi nhiệt độ tăng thì vận tốc quá trình hòa tan cũng tăng vì nhiệt độ tăng
thì 𝐶𝐶𝑏𝑏𝑏 tăng, độ nhớt của dung dịch giảm nên hệ số khuếch tán D cũng
tăng.

4.7 Sơ đồ trích ly rắn lỏng
4.7.1 Sơ đồ trích ly một bậc
Hỗn hợp vật liệu rắn và dung môi được cho
vào thiết bị trích ly 1. Sau một khoảng thời
gian, khi dung môi đã chứa được một lượng
xác định chất hòa tan thì tháo dung dịch
(dung môi và chất hòa tan) vào nồi chưng 2.
Hơi chưng đi vào thiết bị ngưng tụ và làm
lạnh 3 và chảy vào thùng chứa 4.
Trích ly tiếp tục nhiều lần cho đến khi lấy hết
lượng chất hòa tan cần thiết trong chất rắn. Sau
đó cho hơi đi qua bãhoặc đốt nóng lên để lấy hết
dung môi còn đọng lại trong bã. Với quá trình
trích ly như vậy ta chỉ thu được dung dịch lần thứ
nhất là khá đậm đặc còn lần sau chỉ thu được
dung dịch loãng. Để rút hết chất hòa tan cần
nhiều thời gian và lượng dung môi khá lớn, vì thế
sơ đồ trích ly một bậc không kinh tế.

4.7.2 Trích ly nhiều bậc
Trong hệ thống trích ly nhiều bậc tất cả các nồi đều đổ đầy vật liệu rắn còn
dung môi thì đi qua lần lượt tất cả các thiết bị trích ly.
Từ thiết bị cuối cùng dung dịch đậm đặc đi vào nồi chưng.
Hơi dung môi từ thiết bị chưng đi vào thiết bị ngưng tụ vào thùng chứa rồi
vào thiết bị thứ nhất.
Quá trình tiếp tục cho đến khi đạt được độ trích ly cần thiết của nồi thứ
nhất.
Sau đó tháo hết dung môi và bã ra khỏi thiết bị thứ nhất rồi cho vật liệu mới
vào, lúc này thiết bị thứ nhất trở thành thiết bị cuối cùng và thiết bị thứ hai
trước kia bây giờ thành thiết bị thứ nhất.
Các nồi cứ lần lượt tháo nạp liệu như thế, nên hệ thống làm việc liên tục.

Chap4.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Chap4.pdf

Similar a Chap4.pdf (18)

Chap4.pdf