Extrakció Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék 1
. fázis 2. fázis Anyagátmenet iránya áz (G) Folyadék G L (L) G L L G Művelet neve desztilláció abszorpció áz (G) Szilárd (S) G S adszorpció S G S G S G deszorpció (kihajtás, sztrippelés) deszorpció szárítás szublimáció olyadék L 1 ) Folyadék (L 2 ) G S L 1 L 2 L 2 L 1 olyadék (L) Szilárd (S) L S S L L S S L L S deszublimáció extrakció vissza-extrakció (sztrippelés) adszorpció deszorpció ioncsere extrakció (kilúgzás) frakcionált kristályosítás 2
Főbb területek Az extrakció fogalma Folyadék-folyadék extrakció Főbb alkalmazások, készülékek Szilárd-folyadék extrakció Főbb alkalmazások, készülékek Szuperkritikus extrakció Innovatív alkalmazások 3
Extrakció fogalma Az extrakció kivonást, kioldást jelent. Feltételek: Két fizikailag elválasztható fázis szükséges (nem elegyedő folyadékfázisok vagy egy szilárd és egy folyadékfázis). A célkomponens(ek) oldódjanak az extrahálószerben (ez mindig folyadék). Az extrahálószer lehetőleg legyen szelektív. 4
Folyadék-folyadék extrakció Tisztítás vagy izolálás Pl. sók, szerves oldószerek Produktion Termelés Elválasztás Pl. fém és só elválasztása, izomerek elválasztása Extrakció Tisztítás vagy izolálás Szennyvíz Visszanyerés 5 Pl. szerves oldószerek Pl. termék / kiindulási anyag, katalizátor
Alapelv Keverés Anyagtranszport Fáziselválasztás Oldószer fázis extraktum raffinátum Betáp Anyagbocsátás - a határfelületig - át a határfelületen - a határfelülettől a főtömegig - diffúziós vagy reaktív 6
Szakaszos extrakció 7
Folyamatos extrakció, keverő-ülepítő extraktor 8
A) 3 elemű mixer-szettler rendszer Ellenáramú extrakció 1. lépés 2. lépés 3. lépés Határfelület B) Extrakciós 9
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Enargiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 10 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Enargiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 11 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
Mixer - settler kialakítás Nehéz fázis be Könnyű fázis ki Könnyű fázis be Nehéz fázis ki 13
14 Több lépéses mixer - settler
15 Mixer-settler telep
Cobalt extrakciós telep 16 Kasese Cobalt company Ltd.
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Enargiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 17 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
18 Graesser érintkeztető
Keverő-ülepítő Szeparátorok
20 Tányéros szeparátor
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú MSB Mixer - Settler Szeparátorok Centrifugális extraktor Enargiaközlés nélkül Extrakciós Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 21 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
22 Podbielniak-extraktor
Centrifugális extraktor (Podbielniak-Extraktor) 23
Quadronic folytonos érintkeztetésű centrifugális extraktor 24
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Enargiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 25 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
Permetező
Töltött F: betáplálás S: oldószer E: extraktum R: raffinátum 27
Szitatányéros F: betáplálás S: oldószer E: extraktum R: raffinátum 28
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Enargiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 29 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARD Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
30 Scheibel
31 Kühni-extraktor
RDC= Rotation disc contactor 32
ARDC= Asymetric RDC 1. Válaszfal 2. terelőlemez 3. tányér 4. tengely 5. korong 33
Készülék választás sémája Folyadék-folyadék extrakció Egy lépcső Több lépcső Egyenáramú Ellenáramú Mixer - Settler Centrifugális extraktor Extrakciós MSB Szeparátorok Energiaközlés nélkül Energiaközléssel Sorba kapcsolt egyedi rendszerek Elemes felépítés 34 Torony design Tányéros szeparátor Kamrás szeparátor Podbielniak Tubuláris centrifuga Quadronic Permetező Rendezetlen töltetes Szitatányéros Rendezett töltet Keveréssel Scheibel RZE Kühni SHE RDC ARDC Pulzálással Rendezetlen töltet Rendezett töltet Szitatányér: a) Pulzáltatott folyadék: PSE b) mozgó tányérok: Karr
Pulzáltatott szitatányéros extrakciós HP LP Fázishatár Szitatányérok LP HP Pulzátor 35
Karr Perforated plates: perforált tányérok Baffle plate: terelő lemez Tie rods and spacers: falkötővas és távtartó Light phase in/out: könnyű fázis be/ki Heavy phase in/out: nehéz fázis be/ki 36
Karr 37
Szilárd folyadék extrakció Növényi anyagok feldolgozása Cukorrépa feldolgozása Növényolajgyártás Gyógynövénykivonatok, táplálékkiegészítők, természetes színezékek és aromák stb. kinyerése Ásványi anyagok kinyerése 38
39 Réz extrakció mixer-settlerben
Ajánlott irodalom Vegyipari műveletek 2. elektronikus tananyag (www.tankonyvtar.hu) 1.4 fejezet 40
Jó tanulást! Köszönjük Dipl. Ing. Werner Bäcker (Bayer Technology Services) segítségét.