Stopień wyekstrahowania w układzie ciecz – ciecz

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wykonanie trójstopniowej ekstrakcji krzyżowej oraz określenie stopnia wyekstrahowania dla poszczególnych stopni i dla całej baterii.

Schemat aparatury

Aparat ekstrakcyjny stanowi zbiornik ze stali kwasoodpornej [5] wyposażony w pokrywę [4], zawór spustowy [6] i mieszadło turbinowe [3]. Mieszadło napędzane jest silnikiem elektrycznym [1] poprzez sprzęgło [2].

Metodyka pomiarów

1. Za pomocą cylindra miarowego odmierzono 300 cm³ toluenu, 200 cm³ acetonu i 500 cm³ wody i wlano do ekstraktora. Mieszano jego zawartość przez 5 minut.

2. Mieszaninę przelano do rozdzielacza i odczekano do momentu uwidocznienia się dwóch klarownych faz.

3. Fazę dolną (wodną – ekstrakt) zlano do cylindra, pobrano próbkę i zmierzono jej gęstość, a resztę wylano do zlewu.

4. Pozostałą fazę górną (organiczną – rafinat) zlano do cylindra, pobrano próbkę i zmierzono jej gęstość, a resztę przelano do ekstraktora. Po pomiarze gęstości pobraną objętość rafinatu dodano do ekstraktora.

5. Ponownie uruchomiono ekstraktor na 5 minut i powtórzono czynności z punktu 2,3 i 4.

6. Po trzecim cyklu uzyskano 3 stopnie ekstrakcji. Dla każdego oznaczono gęstość i objętość rafinatu oraz ekstrahentu.

Obliczenia

1. Dla I stopnia ekstrakcji:

a) Masa ekstraktu i rafinatu:

E₁=V_{e1 ∙} ρ_e1 = 280 cm³ ∙ 0,9588 g/cm³ = 268,464 g ≈ 268 g

R₁=V_{r1 ∙} ρ_r1 = 365 cm³ ∙ 0,8417 g/cm³ = 307,2205 g ≈ 307 g

b) Bilans masowy ogólny:
S + C = E₁ + R₁

(ρ_tab.t ∙ V_0t + ρ_tab.a ∙ V_0a) + ρ_tab.w ∙ V_0w = E₁+R₁

(0,87g/cm³∙ 300cm³+0,79g/cm³∙ 200 cm³)+ 1,0g/cm³∙ 500 cm³ = 0,9713g/cm³∙ 389cm³+0,8488g/cm³∙ 375 cm³

919 g = 696 g

(- 223g)
Dla stopnia II i III analogicznie.

c) Bilans masowy acetonu:

S ∙ x_BS + C ∙ x_BC = R ∙ x_BR + E ∙ x_BE
419 g ∙ 0,38 + 500 g ∙ 0 = 318g ∙ 0,202 + 378 g ∙ 0,214
158g = 64,24g + 80,89g
158g = 145,13g ≈145 g

(-13g)
Dla stopnia II i III analogicznie.

d) Stopień wyekstrahowania dla całej baterii:

$$\Psi = \frac{SX_{\text{BS}} - R_{3}X_{BR3}}{SX_{\text{BS}}} = \frac{419 \bullet 0,38 - 255 \bullet 0,04}{419 \bullet 0,38} = 0,94$$

2. Stopień wyekstrahowania:

$$\Psi_{I} = \frac{SX_{\text{BS}} - RX_{\text{BR}}}{SX_{\text{BS}}} = \frac{419 \bullet 0,38 - 318 0,202}{419 \bullet 0,38} = \frac{94,98}{158} = 0,60$$

Dla stopnia II i III analogicznie.

Prezentacja otrzymanych wyników

	Stopień I	Stopień II	Stopień III
Surowiec	V0t [cm^3]	300	-
	mt [g]	261	-
	V0a [cm^3]	200	-
	ma [g]	158	-
	Stężenie acetonu [% wag]	37,71	-
	Objętość surowca	442	-
	Gęstość surowca[kg/m^3]	948	-
Ekstrahent	V0w [cm^3]	500	-
	mw [g]	500	-
Rafinat	Objętość [cm^3]	375	325
	Gęstość [g/cm^3]	0,8488	0,8575
	Masa [g]	318	279
	Stężenie acetonu [% wag]	20,20	8,12
Ekstrakt	Objętość[cm^3]	389	348
	Gęstość [g/cm^3]	0,9713	0,9838
	Masa [g]	378	342
	Stężenie acetonu [% wag]	21,4	14,0

Wnioski

Po porównaniu początkowej zawartości acetonu w toluenie z końcową widać wyraźnie, że jego zawartość zmalała, co wskazuje na to, że został wyekstrahowany z mieszaniny. Po zwielokrotnieniu procesu ekstrakcji widać, że przy kolejnym stopniu procesu stopień wyekstrahowania jest większy, co oznacza, że wzrosła jego wydajność. Zatem stopień wyekstrahowania rośnie wraz ze stopniem ekstrakcji.