فرایند استخراج مایع- مایع از مهم­ترین روش‌های جداسازی است که در بسیاری از فرایندهای صنعتی نظیر فرایندهای نفتی و پتروشیمی، تولید مواد دارویی، صنایع غذایی، صنایع هسته‌ای و فرایندهای هیدرومتالورژی کاربرد دارد و امروزه، به­‌طور چشم­گیری­ یك عملیات جداسازی بالغ محسوب می‌شود. امروزه، به­منظور انجام فرایندهای استخراج مایع- مایع در صنایع مختلف تجهیزات استخراج متعددی توسعه یافته‌اند.

انتخاب یک استخراج­کنندۀ مناسب شامل یک تصمیم پیچیده است که با توجه به نوع کاربرد آن در صنعت باید با بیشترین دقّت ممکن انجام شود. دستیابی به دانش فنی طراحی، ساخت و افزایش مقیاس این تجهیزات برای­ استفاده در صنایع مختلف با راندمان‌ها و ظرفیت‌های متفاوت نیازمند دستیابی به شناخت و کسب دانش فنی مرتبط با هیدرودینامیک و انتقال جرم در این تجهیزات است.

تحقیق و پژوهش در صنعت استخراج حلالی یا استخراج مایع- مایع با توجه به پتانسیل کاربرد آن در صنعت از اهمیّت بالایی برخوردار است، اما پژوهش و آموزش در این صنعت با بازدهی متناسب با تجربیات بالغ در سطح جهان رشد نکرده است و هنوز چالش‌ها و مشکلات بسیاری در مسیر پژوهش و توسعه در این صنعت مشاهده می‌شود. 

در کتاب پیش ‌رو استخراج مایع- مایع، کاربردها، تجهیزات و پارامترهای هیدرودینامیکی و انتقال جرمی معرفی شده است و امید بر آن است که مجموعه گردآوری شده اطلاعات لازم را در اختیار مخاطبان قرار داده باشد.

مقدمه ناشر 5

پیش‌‌گفتار 7

فهرست علائم اختصاری 19

الف- عبارات و اصطلاحات 19

ب- حروف یونانی 21

ج- اعداد بدون بعد 22

د- زیرنویسها 22

فصل اول: مقدمهای بر فرایند استخراج حلالی یا استخراج مایع- مایع 23

1- مقدمه 25

1-1-استخراج حلالی یا استخراج مایع- مایع 25

2-1-اطلاعات توزیع 29

1-2-1- روش ایزوترم توزیع 30

2-2-1- روش مدل ریاضی 31

3-1- قوانین حلالیت در استخراج حلالی 31

1-3-1- طبقهبندی حلالها 32

1-1-3-1- حلال نوع  32

2-1-3-1- حلال نوع  32

3-1-3-1- حلال نوع  33

4-1-3-1- حلال نوع  33

2-3-1- امتزاجپذیری حلال 34

3-3-1-حلالیت بین آب و سایر حلالها 34

4-1-برهمکنش بین حلال- حلشونده 35

1-4-1-فلزات در محلول آبی 35

2-4-1- فلزات در محلول آلی 37

5-1- سیستم استخراج حلالی 39

1-5-1- استخراج حلالی اسیدی 39

2-5-1- استخراج حلالی جفت یون 46

3-5-1- استخراج حلالی حلشونده 47

6-1- استخراج حلالی همافزایی 49

7-1-سینتیک استخراج حلالی 50

1-7-1- استخراج حلالی کنترل شده با نفوذ 51

2-7-1- استخراج حلالی کنترلشده با واکنش شیمیایی 56

1-2-7-1- تشکیل کمپلکس و تجزیه آن 56

3-7-1- سطح مشترک مایع- مایع 60

4-7-1- معیارهای تشخیص رژیم‌های کنترل‌کننده سرعت 61

1-مقایسه ضریب انتقال جرم و حرارت 63

2-محاسبه انرژی فعالسازی استخراج 63

3-روش مواد مرجع 63

4-وابستگی سرعت استخراج بهسرعت همزدن دو فاز 63

8-1- فاکتورهای تأثیرگذار در فرایند استخراج حلالی 64

1-8-1- استخراجکننده 67

2-8-1- رقیقکننده 69

3-8-1-یونهای جفت شده: نوع آنیون 70

4-8-1-آثار دما 71

5-8-1- سایر پارامترها 72

9-1- مفاهیم عملیات در استخراج حلالی 72

10-1- انتخاب تجهیزات 75

11-1-مشکلات فرایندی 78

1-11-1- اتلاف استخراجکننده و حلال 78

2-11-1- مشکلات حلالیت-تشکیل فاز سوم 78

3-11-1-کراد 79

12-1- توسعه استخراج حلالی در آینده 79

1-13- مراجع 82

فصل دوم: کاربردهای تکنیک استخراج مایع-مایع در فرایندهای مختلف 83

2-مقدمه 85

1-2-استخراج حلالی در فرایندهای هیدرومتالورژی 86

1-1-2- استخراج اورانیوم 91

1-1-1-2- محلول فروشویی اسید سولفوریک 91

2-1-1-2- محلول فروشویی فسفریک اسید 92

3-1-1-2- محلول فروشویی نیتریک اسید 92

2-1-2- استخراج توریم 92

3-1-2- استخراج فلزات نادر خاکی 93

1-3-1-2- فروشویی اسیدی 94

2-3-1-2- فروشویی قلیایی 95

3-3-1-2- استخراج‌کننده‌های حلشونده برای عناصر نادر خاکی 96

4-3-1-2- استخراج‌کننده‌های آمینی برای عناصر نادر خاکی 96

5-3-1-2- استخراج‌کننده اسیدی برای عناصر نادر خاکی 97

4-1-2- استخراج مس 99

5-1-2- استخراج کبالت و نیکل 100

1-5-1-2- فرایندهای صنعتی استخراج کبالت و نیکل 102

6-1-2- استخراج فلزات با ارزش 103

1-6-1-2- استخراج طلا 105

2-6-1-2- استخراج پالادیم 105

3-6-1-2- استخراج فلزات گروه پلاتین (PGMs) 106

2-2-استخراج حلالی در فرایندهای سوخت‌ هسته‌ای 107

1-2-2-تولید اورانیوم 107

2-2-2-تولید توریم از سنگ معدن 111

3-2-2- بازیافت سوخت‌های هسته‌ای مصرف شده (باز فرآوری) 111

1-3-2-2- فرایند بازیافت Purex 111

4-2-2- بازفرآوری سوختهای تشعشع دیده توریم 115

5-2-2- مدیریت پسماندهای هستهای 117

1-5-2-2- فرایند TRUEX 118

2-5-2-2- فرایندSREX : استخراج Sr90 و Cs137،135،134 از ضایعات اسیدی 118

3-5-2-2- فرایند فسفین اکسید 119

4-5-2-2- فرایندهای کبالت دیکربولید 120

5-5-2-2- فرایند استخراج حلالی جامع 120

6-5-2-2-ترکیبات دوگانه ارگانوفسفر برای تصفیه پسابها 120

7-5-2-2- واکنشگرهای تکعاملی ارگانوفسفر برای تصفیه پسابها 121

6-2-2-تخریب و بازسازی حلال 122

3-2- استخراج حلالی در آنالیز شیمیایی 122

1-3-2- استخراج حلال در تکنیکهای آمادهسازی و پیشپردازش نمونه 123

1-1-3-2- استخراج حلالی برای مراحل تفکیک و جداسازی 125

2-1-3-2-پیشتغلیظ برای تعیین عنصر کمیاب 126

1-2-1-3-2-پیشتغلیظ ترکیبات غیر آلی 127

2-2-1-3-2-پیشتغلیظ و تفکیک ترکیبات آلی 128

2-3-2- استخراج در تکنیکهای آنالیز 129

1-2-3-2- روشهای آنالیز اسپکتروفتومتریک 130

2-2-3-2- سایر روشهای شناسایی 135

3-3-2- مواد قلیایی برای تکنیکهای استخراج حلال 137

1-3-3-2- رزینهای آغشته به حلال 137

2-3-3-2- کاربردهای اسپکتروفوتومتری فاز جامد 138

3-3-3-2- کاربردهای سنسورهای شیمیایی فیبر نوری 139

4-3-2- میسلها در آنالیز شیمی 139

5-3-2- غشاهای مایع در آنالیز شیمی 144

1-5-3-2- الکترودهای غشای مایع انتخابپذیر یونی 145

6-3-2-تکنیکهای آنالیز مبتنی بر کروماتوگرافی 148

1-6-3-2-کروماتوگرافی مایع- مایع 148

2-6-3-2- استخراج فوق بحرانی سیال 150

7-3-2- استخراج حلالی در آنالیز تزریق جریان پیوسته 150

8-3-2- استخراج حلالی در آنالیز ترکیبات هستهای 150

4-2-کاربرد استخراج حلالی در بیوشیمی و جداسازی دارویی 151

1-4-2-کاربرد استخراج حلالی در جداسازیهای بیوتکنولوژی 151

1-1-4-2- جداسازی اسیدهای کربوکسیلیک 152

1-1-1-4-2- اسید سیتریک 152

2-1-1-4-2- اسید استیک 153

2-1-4-2-آمینو اسیدها 153

2-4-2- جداسازیهای دارویی 155

1-2-4-2-تولید پنیسیلین 155

5-2-کاربرد استخراج با حلال در جداسازی ترکیبات آلی و بیوسوختها 158

1-5-2- فرایندهای مواد نفتی و پتروشیمی 158

1-1-5-2- فرایند تولید کاربید 158

2-1-5-2- فرایند تصفیه مجدد 160

2-5-2- جداسازی ایزومرها 161

1-2-5-2- جداسازی متازایلن از ارتو و پارازایلن 161

2-2-5-2- جداسازی ایزومرهای آلکیل نفتالن با استفاده از سیکلودکسترین 161

3-2-5-2- جداسازی ایزومرهای متا و پاراکرسول 163

3-5-2- جداسازی بیوسوختها با استخراج حلالی 163

1-3-5-2- جداسازی اتانول 164

6-2- استخراج حلالی در بازیابی و تصفیه پسابها 165

1-6-2- استخراج حلالی در تصفیه پسابهای فلزی 166

1-1-6-2-تصفیه محلولهای آبی حاوی فلزی اسیدی 167

1-1-1-6-2- استخراج روی از پساب اسیدی ضعیف 168

2-1-1-6-2- استخراج نیکل از الکترولیت کادمیم 169

3-1-1-6-2- استخراج روی و کروم (III) از حمام آبکاری 170

4-1-1-6-2- استخراج مس و روی از غبار گرم حاصل از نوردکاری برنج 170

5-1-1-6-2- استخراج کروم (VI) از سطح پساب 172

2-1-6-2- استخراج با حلال از محلول خوراک آمونیاکی 172

1-2-1-6-2- بازیابی نیکل و کادمیم از ضایعات انباشته شده 173

2-6-2- بازیابی اسیدها از پساب با روش استخراج حلالی 174

1-2-6-2- بازیابی نیتریک اسید و هیدروفلوئوریک اسید از حمامهای قطعهشویی فولاد ضد زنگ 174

2-2-6-2- خالصسازی اسید فسفریک سبز با گرید مناسب برای مواد غذایی 175

3-2-6-2- حذف اسید آرسنیک (4AsO3H) از الکترولیتهای مس 176

4-2-6-2- بازیابی سیانید با استخراج با حلال 177

3-6-2- جداسازی آلودگیهای آلی بهوسیله استخراج با حلال 177

1-3-6-2- فرایند فنوسولوان 178

7-2- مراجع 180

فصل سوم: تجهیزات در فرایند استخراج مایع-مایع 183

3- مقدمه 185

1-3- انتخاب روش عملیاتی 186

1-1-3- روش عملیاتی جریان متقاطع 187

2-1-3- روش عملیاتی جریان متقابل 187

2-3- انواع استخراجکنندهها 187

1-2-3- استخراجکننده با استفاده از نیروی جاذبه 189

1-1-2-3-تماس پیوسته (دیفرانسیلی) 189

1-1-1-2-3-ستونهای غیر مکانیکی 190

2-1-1-2-3- ستونهای مخلوطشونده مکانیکی 193

2-1-2-3-تماس ناپیوسته بدون تهنشینی بین مرحلهای 196

1-2-1-2-3-ستونهای مخلوطشونده چرخشی 196

الف) ستون اولدشو- راشتون (MIXCO) 198

ب) ستون کوهنی 198

2-2-1-2-3- انواع پیستونی 199

3-1-2-3-تماس ناپیوسته همراه با ته‌نشینی بین مرحله‌ای 202

1-3-1-2-3-ته‌نشینی جزئی 202

2-3-1-2-3-ته‌نشینی کامل 204

الف) میکسر- ستلر چندمرحله‌ای 207

ب) ستون میکسر- ستلر هنسون 209

ج) ستون میکسر- ستلر لورگی 209

2-2-3- استخراج کنندههای جداکننده سانتریفیوژی 210

1-2-2-3-تماس پیوسته 211

1-1-2-2-3- استخراجکننده پادبیلنیاک 211

2-1-2-2-3- استخراجکننده دلاوال 211

3-1-2-2-3- استخراجکننده وستفالیا 212

2-2-2-3- میکسر- ستلر 212

1-2-2-2-3- واحدهای چندمرحلهای 212

2-2-2-2-3- واحدهای تکمرحلهای 213

3-3- شرایط طراحی و انتخاب استخراجکننده 214

1-3-3- ورودی کلی 214

2-3-3-تعداد مراحل تئوری(NTS) 215

3-3-3- خواص فیزیکی سیستم 216

الف- خواص عمومی 216

ب- تفاوت دانسیته 216

ج- ویسکوزیته 216

4-3-3- واکنش غیر همگن آرام 216

5-3-3- واکنش همگن آرام 217

6-3-3- حدود فازها 217

7-3-3- زمان اقامت کوتاه 217

8-3-3-توانایی مدیریت جامدات 218

9-3-3-تمایل به امولسیونی شدن 218

10-3-3- محدودیت فضا 218

11-3-3- موارد ویژه ساختار لازم 218

12-3-3- حضور رادیواکتیویته 219

13-3-3- سهولت تمیز کردن 219

14-3-3- نگهداری آسان 219

15-3-3- خواص حلال 219

4-3- مقایسه عملکردی 220

5-3- انتخاب فاز پراکنده 221

6-3- نتیجهگیری 222

7-3- مراجع 224

فصل چهارم: پارامترهای هیدرودینامیکی در ستونهای استخراج مایع-مایع 229

4- مقدمه 231

1-4- رژیم جریان در ستونهای استخراج مایع- مایع 231

2-4- میانگین اندازه قطره و توزیع اندازه قطرات 239

1-2-4- روش‌‌های اندازه‌‌گیری قطر قطرات 239

1-1-2-4- روش عکسبرداری 239

2-1-2-4- روش مکش با ردیاب فتوالکتریک 239

3-1-2-4- روش اندازه‌‌گیری بازتاب نوری 240

4-1-2-4- حسگر فیبر نوری FBR 241

5-1-2-4- اندازهگیری بازتاب شعاع نور متمرکز 242

6-1-2-4- روش اندوسکوپ 242

2-2-4-تعیین میانگین اندازه قطرات 243

3-2-4-توزیع اندازه قطرات 261

1-3-2-4-توزیع نرمال 263

2-3-2-4-توزیع نرمال- لگاریتمی 264

3-3-2-4- محاسبه توزیع اندازه قطره با استفاده از روش ماکزیمم آنتروپی 265

3-4- موجودی فاز پراكنده 279

1-3-4-تخلیه (نمونهگیری موضعی) 279

2-3-4-روش جابهجایی 279

3-3-4- روش ردیاب 280

4-3-4-روش افت فشار 280

5-3-4- روش التراسونیک (فراصوت) 282

6-3-4- روش ملنیک 282

4-4-سرعت لغزشی 295

5-4- سرعت مشخصه 301

6-4- طغیان 310

7-4- بازده مرحله‌ای 319

8-4- نتیجهگیری 323

9-4- مراجع 324

فصل پنجم: انتقال جرم در ستونهای استخراج مایع-مایع 339

5- مقدمه 341

1-5-ضرایب انتقال جرم فاز پراکنده در قطرات 341

1-1-5- انتقال جرم در قطرات ساکن 342

2-1-5- انتقال جرم در قطرات چرخشی 343

3-1-5- انتقال جرم در قطرات نوسانی 346

4-1-5-قطرات ثابت با ضریب نفوذ مؤثر 347

2-5- ضریب انتقال جرم فاز پیوسته برای قطرات 349

1-2-5- قطرات ثابت 350

2-2-5- قطرات چرخشی 352

3-2-5- قطرات نوسانی 354

3-5- ضرایب انتقال جرم در ستونهای استخراج 355

4-5- مدل‌‌سازی ستون‌‌های استخراج 367

1-4-5- مدل جریان قالبی 369

2-4-5- مدل پراکندگی محوری 375

3-4-5- مدل مرحله‌‌ای با جریان برگشتی 391

4-4-5-مدل اختلاط پیشرو 393

5-4-5- روش حل عددی و شبیه‌‌سازی 400

5-5- مراجع 401

فصل ششم: توسعه حلالها برای فرایند استخراج مایع-مایع 411

6- مقدمه 413

1-6-راهبردهای جایگزینی حلال 414

2-6-حلالهای آلی 416

3-6-سیال فوق بحرانی 420

1-3-6- دیاکسید کربن فوق بحرانی 423

2-3-6- آب بهعنوان حلال فوق بحرانی یا زیر بحرانی 424

4-6-پلیمرهای مایع 428

5-6- مایعات یونی 433

1-5-6- مایعات یونی بر مبنای میکرو استخراج قطره منفرد 436

2-5-6- میکرو استخراج مایع- مایع پراکنده (DLLME) 437

3-5-6- میکرو استخراج فاز مایع فیبر توخالی (HF-LPME) و میکرو استخراج فاز مایع (LPME) 438

4-5-6- سیستمهای دوفازی با استفاده از مایعات یونی 439

6-6- حلالهای بسازودگداز یا حلالهای یوتکتیک عمیق 440

1-6-6- رفتار فازی 443

7-6- واکنشگرهای فعال سطحی 445

8-6- بیوحلالها 449

1-8-6- بیودیزل 451

2-8-6-تِرپِنها 455

9-6-مراجع 456