Нефть ва газни қайта ишлаш жараёнлари ва ускуналари Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги олий ўқув юртлари бакалавриатининг «Нефть ва нефть-газни қайта ишлаш технологияси»

15.2. ЭКСТРАГЕНТЛАРНИ ТАНЛАШ
Суюқлик аралашмасидан керакли компонентни ажратиб оладиган модда эритувчи ёки экстрагент деб аталади. Эритувчиларга бир қатор талаблар қўйилади. Булар қаторига қуйидагилар киради: 1) керакли компонентга нисбатан танлаб таъсир қилиш ҳусусиятига эга бўлишлик; 2) эритувчининг керакли компонентни ўзида эритиб, ютиб олиш қобилияти; 3) эритувчи таркибидан ютилган компонентни енгил ажратиб олиш яъни реэкс-тракциялаш имконияти борлиги; 4) фазаларнинг қатламларга осон ажралиши; 5) эритувчи билан ишлаш ҳавфсиз бўлишлиги учун, у заҳарли, учувчан, портлаб кетиш хоссаларига эга бўлмаслиги керак; 6) сақлаш ва иш давомида (экстракциялаш ва реэкстракциялаш) парчаланиб кетмаслик; 7) нар-ҳи арзон; 8) осон топиладиган, яъни камёб бўлмаслиги керак; 9) эритувчи-нинг зичлиги экстракцияланиши лозим бўлган суюқлик зичлигидан кам бўлиши шарт.
Суюқликларни экстракциялашни ўрганишда тарқалиш коэффициенти ва ажратиш омили тушунчаларидан фойдаланилади. Экстракт таркибидаги керакли компонентнинг мувозанат ҳолатдаги концентрациясини ушбу компонентнинг рафинатдаги мувозанат концентрациясига нисбати тарқалиш коэффициенти деб аталади:
, (15.1)
бу ерда - тарқалаётган компонентнинг экстрактдаги мувозанат улуши; х - тарқалаётган компонентнинг рафинатдаги мувозанат улуши.
Тарқалиш коэффициентининг қийматига кўра эритувчининг экстракцион қобилиятини аниқлаш мумкин. m нинг қиймати қанча катта бўлса, бундай эритувчининг суюқлик аралашмасидан керакли компонентни ажратиб олиш қобилияти шунча юқори бўлади. Экстракцион системаларда m – нинг қиймати 1 дан 10000 гача ўзгаради.
Эритувчининг ажратиш қобилиятини баҳолаш учун қуйидаги нисбатдан фойдаланилади:
, (15.2)
бу ерда m₁ – аралашмадаги биринчи компонентнинг тарқалиш коэффициенти; m₂ – аралашмадаги иккинчи компонентнинг тарқалиш коэффициенти.
Катталик β экстракциялашдаги ажратиш коэффициенти ёки омили деб аталади. Ушбу коэффициент ажралаётган компонентларнинг экстрактдаги мувозанат концентрациялари рафинатдаги мувозанат концентрацияларидан неча марта катталигини билдиради. Бу коэффициент ректификациялаш жараёнидаги компонентларнинг нисбий учувчанлигига ўхшайди. Ҳақиқий шароитларда β нинг қиймати 2 дан кам бўлмаслиги мақсадга мувофиқ бўлади.


15.3. СУЮҚЛИК-СУЮҚЛИК СИСТЕМАЛАРИНИНГ МУВОЗАНАТИ
Бундай системаларнинг мувозанати орқали экстракт ва рафинатнинг чегара концентрацияларини аниқлаш мумкин. Мувозанат катталиклари керакли эритувчини танлашда, жараённинг технологик схемасини тузишда, ускунанинг ўлчамларини аниқлашда, дастлабки эритма ва эритувчилар оқимларининг мақбул нисбатини топишда ҳамда жараённинг бошқа шарт-шароитларини билишда ишлатилади.
Мувозанат концентрацияларининг қийматлари тарқалиш коэффициенти m ёки экстракциялаш изотермаси у* = ƒ (х) орқали топилади. Жараённинг ушбу иккала катталиклари ҳам тажриба йўли билан аниқланади.





15.1–расм. Экстракциялаш изотермалари:
1,2 – у^* = f(x); 3 – у^* = mx.
Экстракциялаш изотермалари (15.1-расм) орқали ажратиб олинаётган компонентнинг эритувчидаги чегара концентрациясини аниқлаш мумкин. 1 ва 2 эгри чизиқларининг а ва б нуқталаридан абсцисса ўқига ўтказилган чизиқларинг ордината ўқи билан кесишган нуқталари у_тўй ни ташкил этади.
Амалиётда кўпинча 1 ва 2 турдаги изотермалар учрайди, бундай ҳолатларда тарқалиш коэффициенти m ўзгарувчан бўлади, m нинг қиймати керакли компонентнинг экстракт ва рафинатдаги концентрацияларига боғлиқ бўлади. 3 турдаги изотерма (яъни m = const) эса кам учрайди. Бундай шароитда m нинг қиймати фақат ҳароратга боғлиқ бўлади.
Суюқликларни экстракциялашда учта компонент (А – экстракцияла-наётган суюқлик, В – ажралаётган компонент, С – эритувчи) иштирок этади, шу сабабли бу жараённи ўрганишда учбурчакли диаграммадан фойдаланилади (15.2-расм). Бу расмда тенг томонли учбурчак кўрсатилган бўлиб, унинг томонларида компонентларнинг миқдори (% ҳисобида) кўрсатилган.





15.2 – расм. Учбурчакли диаграмма:
А,В – суюқлик аралашмасининг ажралиши лозим бўлган компонентлари; С – экстрагент.


Учбурчакларнинг қирралари тоза ҳолдаги А,В ва С компонентларга тўғри келади. Учбурчакнинг томонлари эса бинар аралашманинг миқдорларини ифода қилади. Масалан, АС томондаги а нуқтага 50% А компонент ва 50% В компонентдан иборат бўлган аралашма мос келади, бу аралашма таркибида С компонент бўлмайди.
Учбурчак ичидаги нуқта G уч компонентли аралашманинг таркибини ифодалайди. Бу таркибни аниқлаш учун G нуқтадан учбурчак томонларига параллел қилиб чизиқлар ўтказилади (15.2-расм). Бу нуқтага тўғри келган аралашма қуйидаги таркибга эга:
х_А = 45 %; х_В = 26 %; х_С = 29 %.
Учбурчаклик диаграмма ёрдамида экстракторда юз бераётган жараёнларни ифодалаш мумкин (15.3-расм). Дастлабки аралашманинг таркиби Е нуқта, экстрактнинг таркиби эса Д нуқта билан белгиланган деб





15.3-расм. Экстракциялаш жараёнини учбурчакли диаграммада тасвирлаш.

оламиз. Д нуқтага мос келган аралашманинг миқдори G_Д, Е нуқтага мос келган экстрагентнинг миқдори эса G_Е га тенг. Дастлабки аралашма ва эритувчини аралаштириш натижасида ҳосил бўлган суюқлик аралашмаси М нуқта билан белгиланади. Бунда:

.
М нуқтага тўғри келган аралашма экстракт ва рафинатга ажралади. Шундай қилиб, дастлабки аралашманинг эритувчи билан бир марта контакти орқали иккита фаза (экстракт ва рафинат) ҳосил бўлади. Экстракт В компонент билан бойитилган бўлса, рафинатнинг таркибида В компонент жуда оз миқдорда бўлади. Ҳосил бўлган экстракт ва рафинатнинг миқдорлари қуйидаги нисбат орқали топилади:
.
Агар дастлабки аралашма ва эритувчи ўзаро бир-бирида эримаса, бу ҳолда график усул билан ҳисоблаш анча соддалашади (15.4-расм). Диаграмманинг горизон-тал ўқида ажралаётган компонентнинг экстракцияланаётган суюқликдаги концентрацияси, вертикал ўқда эса ажралаётган компонентнинг эритувчидаги концентрацияси кўрсатилган. Иш чизиғи ажралаётган компонентнинг эритувчидаги берилган охирги ва бошланғич концентрациялари асосида тузилади. Мувозанат ва иш чизиқлари ўртасидаги учбурчак поғоналар орқали экстракциялаш жараёнини амалга ошириш учун зарур бўлган концентрациялар ўзгаришининг сони аниқланади.





15.4-расм. Суюқлик аралашмасини экстракциялаш жараёнида концентрация босқичларини аниқлаш:
1-мувозанат чизиғи; 2-иш чизиғи.


Иш чизиғининг тенгламаси қуйидаги моддий баланс орқали топилади:


G₁ (Х_б – Х₀) = G₂ (У₀ – У_б) , (15.3)
бу ерда G₁ – экстракцияланаётган суюқлик миқдори, кг; G₂ – эритувчи миқдори, кг.