Áp dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục vào việc tách chiết dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong rau quả

Áp dụng phương pháp chiết dòng ngưng liên tục vào việc tách chiết dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong rau quả

Lời cảm ơn.

Đồ án này đợc thực hiện tại Bộ môn Quá trình thiết bị công nghệ hoá học và thực phẩm – Khoa CN Hoá học - Trờng ĐHBK Hà Nội, Trung tâm giáo dục và phát triển sắc kí - ĐHBK Hà Nội.

Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn thày giáo GS.TS Phạm Văn Thiêm, ngời đã trực tiếp giao đề tài và tận tình h- ớng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành bản đồ án này Tôi cũng xin chân thành cảm ơn kỹ s Nguyễn Thị Hanh, cán bộ phòng phân tích môi trờng- Trung tâm EDC Đại Học Bách Khoa Hà Nội, cùng toàn thể các anh chị đang công tác tại Trung tâm EDC đã tạo điều kiện giúp đõ tôi trong quá trình thực hiện bản đồ án này.

Mục lục

Lời cảm ơn 1

Mở Đầu 5

CHƯƠNG I: Tổng Quan 6

I.1 Giới thiệu chung về thuốc bảo vệ thực vật 6

I.1.1 Nhóm clo hữu cơ 6

I.1.2 Nhóm phốt pho hữu cơ 6

I.1.3 Nhóm Carbamat 7

I.1.4 Nhóm Pyrethroid 7

I.2 Tính chất hoá lý của một số loại thuốc điển hình thuộc nhóm cơ-clo 7

I.2.1 Polyclobiphenyl (PCBs) 7

I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT) 8

I.2.3 Aldrin 9

I.2.4 Dieldrin 9

I.2.5 Hexanclobenzen (HCB) 10

I.3 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp chiết 10

I.3.1 Khái niệm 10

I.3.1.1 Chiết lỏng-lỏng 10

I.3.1.2 Chiết rắn-lỏng 11

I.3.2 Một số khái niệm khác trong quá trình chiết 11

I.3.2.1 Chất chiết (dung môi chiết) 11

I.3.2.2 Chất pha loãng 12

I.3.2.3 Hằng số phân bố (K) 12

I.3.2.4 Độ thu hồi (phần trăm chiết) 12

I.4 Một số phơng pháp chiết 12

I.4.1 Phơng pháp chiết gián đoạn 12

I.4.2 Phơng pháp chiết lỏng–lỏng liên tục 15

I.4.2.1 Mô hình của phơng pháp chiết lỏng–lỏng liên tục 15

I.4.2.2 Phơng trình cân bằng vật liệu 15

I.4.3 Phơng pháp chiết lỏng ngng hơi 18

I.4.3.1 Mô hình của phơng pháp chiết lỏng ngng hơi 18

I.4.4.2 Phơng trình cân bằng vật liệu 19

CHƯƠNG II: Phơng pháp nghiên cứu 25

II.1 Phơng pháp chiết dòng ngng liên tục 25

II.1.1.Cấu tạo của thiết bị chiết dòng ngng liên tục 25

II.2.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị chiết dòng ngng liên tục 25

II.2.3 Giải thích quá trình tách chiết 26

II.2.4.Phơng trình cân bằng vật liệu cho thiết bị chiết dòng ngng liên tục 27

II.2 Phơng pháp sắc kí khí 33

II.2.1 Sơ đồ thiết bị và nguyên tắc hoạt động của hệ thống sắc kí khí 33

II.2.2 Detector sử dụng trong phân tích thuốc trừ sâu cơ-clo 34

CHƯƠNG III: Thực nghiệm 36

III.1 Hoá chất, dụng cụ và thiết bị 36

III.1.1 Hoá chất 36

III.1.2 Dụng cụ, Thiết bị 37

III.2 Điều kiện phân tích tên máy sắc kí 37

III.3 tiến hành Thực nghiệm 38

III.2.1 Chuẩn bị dụng cụ 38

III.2.2 Pha hỗn hợp dung dịch chuẩn 38

III.2.4 Khảo sát thời gian làm việc tối u của thiết bị chiết dòng ngng liên tục 38

III.2.5 Khảo sát độ thu hồi của thiết bị chiết dòng ngng liên tục đối với mẫu rau 39

CHƯƠNG IV: kết quả và thảo luận 40

IV.1 Xác định thời gian lu 40

IV.2 Xây dựng đờng chuẩn 40

41

41

42

42

IV.3 Kết quả phân tích 43

Kết luận 45

Tài liệu tham khảo 46

E: Nồng độ cấu tử phân bố trong dung môi sau quá trình chiết [mg/ml]

CE,C : Nồng độ cấu tử phân bố trong dung môi trong quá trình chiết [mg/ml]

CW: Nồng độ cấu tử phân bố trong nớc [mg/ml]

CV

W : Nồng độ cấu tử phân bố trong dòng hơi nớc [mg/ml]

C*

W : Nồng độ cấu tử phân bố trong pha nớc sau quá trình chiết [mg/ml]

CW,C: Nồng độ cấu tử phân bố trong pha nớc khi chiết [mg/ml]

CW,O: Nồng độ cấu tử phân bố ban đầu có trong mẫu phân tích [mg/ml]F: Tỷ lệ dòng

FE: Dòng dung môi chiết [ml/s]

PA: áp suất hơi bão hoà của cấu tử A nguyên chất [at]

PB: áp suất hơi bão hoà của cấu tử B nguyên chất [at]

p A: áp suất riêng phần của cấu tử A [at]

pB: áp suất riêng phần của cấu tử B [at]

Mở Đầu

ở nớc ta ngày nay, thuốc trừ sâu bệnh đã trở thanh một nhu cầu cần thiếttrong sản xuất nông nghiệp Công dụng của thuốc bảo vệ thực vật trong việc đẩylùi và hạn chế tác hại của sâu bệnh, cỏ dại đối với cây trồng và nông sản đã đợc

đông đảo mọi ngời công nhận

Tuy nhiên bên cạnh những lợi ích do thuốc bảo vệ thực vật đem lại, việc sửdung thuốc bảo vệ thực vật cũng gây ra những tác hại rất lớn đối với môi trờngsinh thái, động thực vật và cả con ngời Do tính chất bền vững của thuốc bảo vệthực vật mà sau khi phun một thời gian chúng không bị phân huỷ ngay mà vẫncòn tồn tại một lợng nhỏ (d lợng) trong môi trờng nh trong đất, trong nớc và đặcbiệt là trong rau, quả

Rau là một loại thực phẩm quen dùng trong bữa ăn hàng ngày của ngời dân ViệtNam Tuy nhiên nớc ta là một nớc đang phát triển, trình độ dân trí cha cao Việcnói, làm theo pháp luật và các quy trình hớng dẫn khoa học vào đời sống cha đợcthực hiện một cách nghiêm túc, ngời dân còn có thói quen làm theo kinh nghiệm.Với những lý do nh vậy làm cho rau ở việt nam đã và đang có d lợng thuốc bảo vệthực vật cao, dẫn đến mỗi năm đều có hàng trăm ngời chết vì ngộ độc thuốc bảo

vệ thực vật

Do đó việc nghiên cứu xác định nhanh d lợng thuốc bảo vệ thực vật trongrau quả là một việc làm cần thiết, nhằm đa ra những khuyến cáo kịp thời cho ngờitiêu dùng Hiện nay cũng có nhiều phơng pháp xác định d lợng thuốc bảo vệ thựcvật trong thực phẩm, tuy nhiên những phơng pháp này đều đòi hỏi thời gian phântích dài, tốn kinh phí, trải qua nhiều qui trình phức tạp Cho nên nó không đápứng đợc yêu cầu cơ bản là phân tích nhanh, trong bản đồ án này chúng tôi tập

chung vào việc nghiên cứu một phơng pháp mới đó là phơng pháp chiết dòng

ngng liên tục, áp dụng phơng pháp này vào việc tách chiết d lợng thuốc bảo vệ

thực vật trong rau, quả với hy vọng đây sẽ là một phơng pháp mới đáp ứng đợcyêu cầu phân tích nhanh, đồng thời đạt đợc độ thu hồi cao

CHƯƠNG I: Tổng Quan.

I.1 Giới thiệu chung về thuốc bảo vệ thực vật.

Thuốc bảo vệ thực vật dung trong nông nghiệp có rất nhiều loại thuộc nhiềunhóm khác nhau nh các nhóm: clo hữu cơ, lân hữu cơ, cacbamát, nhóm thuốcgốc thảo mộc pyrethroid v v Trong số này, hiện nay trong nghành nông nghiệpnứơc ta chủ yếu dùng các nhóm chính là nhóm clo hữu cơ, lân hữu cơ, cacbamát,nhóm thuốc gốc thảo mộc pyrethroid

I.1.1 Nhóm clo hữu cơ.

Đại diện là: DDT, 666, Andrin, Dieldrin,…

Đây là loại hoá chất bền vững trong môi trờng tự nhiên giống nh các kimloại nặng Thời gian bán phân huỷ phần lớn các hợp chất của chung trong môi tr-ờng tự nhiên là 20 năm Chúng ít tan trong nớc, tan nhiều trong các dung môi hữucơ Trong điều kiện bình thờng, chúng ít bị phân giải nhng trong môi trờng kiềmnhất là có thêm các kim loại nh: Fe, Hg, Cu… chúng sẽ bị phân giải nhanh Ngoài

ra, ánh sáng mặt trời, nhiệt độ cũng là tác nhân làm thuốc phân

giải Đây là nhóm hoá chất đợc dùng đầu tiên trên thế giới vào các lĩnh vực y học,nông nghiệp Nhng với cơ chế độc là tích luỹ trong các mô mỡ của động vật nênchúng dễ gây nhiễm độc mãn tính, còn gọi là nhiễm độc nghề nghiệp với cáctriệu chứng về thần kinh là chủ yếu Đây là nhóm hoá chất đáng lo ngại nhất hiệnnay, đã đợc nhà nớc khuyến cáo hạn chế và cấm sử dụng

I.1.2 Nhóm phốt pho hữu cơ.

Đại diện là Wonfatox, Metafos, Bi-58, Diazinon, Matathion…

Các chất cơ phốt pho đều dễ bay hơi là những chất độc đờng hô hấp Chúng

dễ hoà tan trong các dung môi hữu cơ và dầu mỡ, dễ bị phân huỷ nên khó thu hồi

đợc chế phẩm ban đầu

Thuốc đợc dùng để chống sâu bệnh cho thực vật, diệt cỏ, chống nấm, diệtruồi muỗi, bọ chét Nhìn chung về mặt hoạt tính sinh học các hợp chất cơ phốtpho là những chất rất độc, thờng gây độc cấp tính đối với ngời và động vật máunóng Cơ chế độc của thuốc là ức chế hệ enzim chlinesteraza, chủ yếu là enzim

điều hoà sự phân huỷ AxetylCholin kích thích quá trình chuyển tín hiệu thần kinhcho tế bào Cơ chế này làm phá huỷ quá trình sống bình thờng của động vật, gây

ra các triệu chứng nhiễm độc kiểu nhiễm độc Muscarin và nhiễm độc Nicôtin

I.1.3 Nhóm Carbamat.

Đại diện là Camerthin, Diamix, Actellic… là các dẫn suất của các axitcarbamit, có độc tính cao đối với ngời và động vật Nhng chúng là những hợpchất rất kém bền trong môi trờng và khả năng tích luỹ trong cơ thể không caomặc dù cơ chế độc của chúng giống hợp chất phốt pho hữu cơ nên chúng đợcdùng để thay thế cho các hợp chất thuộc hai nhóm trên

I.1.4 Nhóm Pyrethroid.

Đại diện là Polytrin, Cidi, Sumicidin… là các hợp chất thảo mộc, mặc dù cơchế độc của chúng giống với hợp chất Carbamat nhng chúng lại ít bền hơn vàkhông có khả năng tích luỹ trong cơ thể và trong môi trờng nên hiện nay có xuthế đợc dùng để thay thế các hợp chất thuộc các nhóm trên

Ngoài ra còn có các loai thuốc có gốc kim loại nặng Cu, Hg, As… cũng lànhững hoá chất cực kỳ độc hại đối với môi trờng và con ngời Rất nhiều loạithuốc thuộc các nhóm hoá chất này có khả năng gây độc theo nhiều con đờng nhtiếp xúc, đờng ruột, xông hơi, nội hấp, thấm sâu nên dễ gây nhiễm độc thuốc vànhiễm độc với hàm lợng lớn

I.2 Tính chất hoá lý của một số loại thuốc điển hình thuộc nhóm cơ-clo.

I.2.1 Polyclobiphenyl (PCBs).

Polyclobiphenyl là tên gọi hỗn hợp các cấu tử tạo thành do sự thay thế từ 1

đến 10 nguyên tử hydrô trong phân tử biphenyl bằng các nguyên tử clo

Công thức tổng quát của PCBs là: C12H10 −nCln

Công thức cấu tạo chung:

PCBs có cấu tạo gồn hai vòng thơm, có đính một số nguyên tử clo Cácnguyên tử clo thế vào các vị trí khác nhau tạo nên 209 đồng phân Các cấu tử đợc

đánh số thứ tự từ 1 đén 209 theo danh pháp quốc tế Tuỳ thuộc vào điều kiện phảnứng mà mức độ clo hoá thay đổi từ 18,8% đến 71,3% (theo khối lợng) Thực tế,

trong sản phẩm thơng mại chỉ có 130 cấu tử trong tổng số 209 cấu tử, mức độ clohoá trung bình từ 21% đén 68%.

PCBs là chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt, chúng có tính chấtchung là:

I.2.2 Diclo Diphenyl Triclotan (DDT).

Tên thông thờng: Diclo Diphenyl Triclotan

DDT có công thức phân tử là C14H9Cl5, khối lợng phân tử là M=345,5.Công thức cấu tạo:

DDT bền dới tác dụng của nhiệt độ, ở 1000C thì DDT vẫn không bị phânhuỷ DDT tác dụng đợc với các chất có tính ôxy hoá mạnh và các chất kiềm.DDT đợc sản xuất trong công nghiệp theo phản ứng sau:

Adrin là chất rắn không cháy, khi sôi bị phân huỷ và có áp suất hơi là0,00008 mmHg Aldrin phản ứng với các axit vô cơ đậm đặc, các kim loại hoạt

động mạnh, các chất ôxy hoá, phênol…

I.2.4 Dieldrin.

Dieldrin còn có tên khác là: 1,2,3,4,10,10–Hexaclo–6,7–epoxy–1,4,4a,5.6.7.8,8a–octahydro–1,4–endo 5,8 dimêtanonaphthalen

Dieldrin có công thức phân tử là: C12H8OCl6

Khối lợng phân tử M =380,93

Công thức cấu tạo:

CClCl

CH2

ClCl

O

Dieldrin là tinh thể không màu đến màu sáng, mùi nhẹ, không cháy, ít tantrong nớc, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ Dieldrin nóng chảy ở nhiệt độ175–176 0C Có áp suất hơi 0,4 mPa Phản ứng với các chât oxy hoá mạnh, cáckim loại kiềm và phenol, Dieldrin bền trong các dung dịch axit, dung dịch kiềm

Cl

HCB ít tan trong nớc, tan tốt trong các dung môi hữu cơ, CCl4 và ete HCB

là chất lỏng không cháy, có tác dụng với ánh sáng, phản ứng chậm với nớc tạothành HCl Do đó HCB có khả năng ăn mòn kim loại trong điều kiện ẩm HCBcòn có khả năng tạo ra khí nổ trong điều kiện kín và ẩm

I.3 Cơ sở lý thuyết của phơng pháp chiết.

I.3.1 Khái niệm.

I.3.1.1 Chiết lỏng-lỏng

Chiết lỏng-lỏng là một quá trình tách một chất hoặc một vài chất từ phalỏng này sang pha lỏng khác không trộn lẫn với pha lỏng ban đầu quá trình nàybao gồm việc thêm vào pha lỏng ban đầu một pha lỏng khác không trộn lẫn, sau

đó trong hệ xảy ra sự chuyển hoá giữa hai pha cho đến khi hệ đạt đến trạng tháicân bằng Qúa trình chuyển chất từ pha này sang pha kia đợc gọi là quá trìnhphân bố Cân bằng đạt đợc gọi là cân bằng phân bố hay cân bằng chiết.

Ngời ta thờng tiến hành chiết các chất từ pha nớc lên pha hữu cơ hoặc từ phahữu cơ này sang pha hữu cơ khác

Cơ sở vật lý của phơng pháp chiết lỏng-lỏng là định luật phân bố Nenxơ:

“ở mỗi áp suất và nhiệt độ nhất định, tỷ lệ nồng độ của một chất hoà tantrong chất lỏng A và B không tan vào nhau là một giá trị không đổi khi đạt đợctrạng thái cân bằng Giá trị đó đợc gọi là hằng số phân bố K’’

Định luật Nenxơ chỉ đúng cho trờng hợp nồng độ nhỏ và chất hoà tan cótrạng thái nh nhau trong cả hai chất lỏng Avà B Theo định luật trên, để chiết mộtchất có hiệu quả thì chất đó phải hoà tan trong dung môi chiết tốt hơn rất nhiều

so với môi trờng mà nó đang tồn tại Nghĩa là hằng số phân bố đối với dung môichiết phải lớn

I.3.1.2 Chiết rắn-lỏng.

Chiết rắn-lỏng là một quá trình hoà tan chọn lọc một hoặc một số các cấu

tử của chất rắn bằng một dung môi lỏng Các quá trình chiết rắn-lỏng thờng kèmtheo các quá trình lọc bốc hơi, kết tinh

Bất kỳ một quá trình chiết rắn-lỏng nào cũng bao gồm các giai đoạn sau:

1 Giai đoạn dung môi xâm nhập vào trong pha rắn

2 Giai đoạn hoà tan cấu tử phân bố vào dung môi diễn ra ở trong pha rắn

3 Giai đoạn dung dịch chuyển từ trong pha rắn ra bề mặt phân chia pha

4 Giai đoạn dung dịch khuếch tán vào khối chất lỏng

Tốc độ của quá trình chiết rắn-lỏng phụ thuộc rất lớn vào hình dạng kíchthớc thành phần hoá học của chất rắn, vào cấu trúc bên trong của chất rắn cũng

nh hình dạng kích thớc của lỗ mao quản

Trong một số trờng hợp quá trình hoà tan là do phản ứng dị thể xảy ra trên

bề mặt phân chia pha, không chỉ đối với chất rắn hoà tan mà với cả chất rắnkhông hoà tan Các phản ứng này có thể tạo ra các bọt khí làm giảm bề mặt tiếpxúc pha giữa pha rắn và pha lỏng làm giảm tốc độ của quá trình chiết

I.3.2 Một số khái niệm khác trong quá trình chiết.

I.3.2.1 Chất chiết (dung môi chiết).

Chất chiết là dung môi hữu cơ có chứa hoặc không chứa các cấu tử khácdùng để chiết các cấu tử cần chiết ra khỏi pha ban đầu

I.3.2.2 Chất pha loãng.

Là dung môi hữu cơ trơ đợc thêm vào dung môi chiết để làm tốt những tínhchất vật lý (nh tỷ khối, độ nhớt…) của dung môi chiết

Nh vậy pha hữu cơ dùng để chiết có thể chỉ là một chất lỏng nguyên chấtnhng cũng có thể là một dung dịch chứa vài cấu tử khác đóng vai trò thuốc thửhoặc chất pha loãng

I.3.2.3 Hằng số phân bố (K).

Hệ số phân bố của quá trình chiết một chất (hoặc một tiểu phân) có giá trịbằng tỷ số giữa nồng độ của các chất (hoặc tiểu phân đó) ở tất cả các dạng hoáhọc trong phần chiết trên nồng độ tổng cộng của nó ở tất cả các dạng hoá học cótrong pha nớc (hoặc pha hữu cơ ban đầu)

i : Tổng nồng độ của cấu tử phân bố trong chất lỏng B

Hằng số phân bố là một đại lợng quan trong nhất, đặc trng cho khả năngchiết của dung môi đối với một chất phân tán đã cho ở nhiệt độ xác định Hăng sốphân bố càng lớn thì ở điều kiện cân bằng, các chất chuyển vào dung môi chiết cơcàng nhiều

Bằng phơng pháp phân tích hoá học ngời ta có thể xác định đợc nồng độtổng cộng của tiểu phân cần chiết trong các pha và do đó có thể xác định đợc hệ

số phân bố Một chất có hệ số phân bố càng lớn thì chất đó càng đợc chiết dễ lênpha hữu cơ

I.3.2.4 Độ thu hồi (phần trăm chiết).

Để đánh giá đợc hiệu quả của quá trình chiết một chất (hoặc một tiểu phân),ngời ta còn hay sử dụng đại lợng: độ thu hồi (R), R có giá trị bằng tỷ số giữa lợngtổng cộng của các chất (hoặc tiểu phân) ở phần chiết đợc so với lợng tổng cộngcủa chất đó ở cả hai pha Giá trị của R không chỉ phụ thuộc vào hệ số phân bố K

mà còn phụ thuộc cả vào thể tích pha nớc và pha hữu cơ

I.4 Một số phơng pháp chiết.

I.4.1 Phơng pháp chiết gián đoạn.

Đây là phơng pháp chiết đơn giản nhất, theo phơng pháp này thì mẫu vàdung môi chiêt đợc cho đồng thời vào phễu chiết, sau đó tiến hành lắc đều Quá

trình lắc trộn nhằm mục đích làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai pha, Điều đókhông chỉ làm tăng tốc độ chiết mà còn làm cho trạng thái cân bằng nhanh đợcthiết lập.

Hình 1: Mô hình của phơng pháp chiết gián đoạn.

Tổng lợng cấu tử phân bố trong mẫu ban đầu băng tổng lợng cấu tử phân bốtrong pha nớc và pha dung môi sau quá trình chiết

mW , O = mE + mW (3)

Phơng trình tính độ thu hồi đạt đợc sau quá trình chiết:

Độ thu hồi đợc đo bằng tỷ số giữa lợng cấu tử phân bố có trong dung môisau quá trình chiết và lợng cấu tử phân bố ban đầu có trong thể tích của mẫu

R =

W E

E O

W

E

m m

m m

E E V C V C

V C

.

+ (7)

Chia cả tử và mẫu cho CW VE ta đợc:

R =

E

W E

W W

E

W E

V

V K

K V

V C

C

C C

V

tỷ lệ thể tích

R =

V K

K

+ =

V K

R = K K+1 (10)

Hay :

K =1−R R (11)

Thông thờng thì phơng pháp chiết đợc xem nh là định lợng khi độ thu hồi

đạt đợc từ 99–99,9%; nghĩa là chỉ còn một lợng nhỏ chất cần chiết trong pha

n-ớc Tuy nhiên trong thực tế thờng không hiếm những trờng hợp độ thu hồi R chỉ

đạt đợc 90% thậm chí còn nhỏ hơn rất nhiều sau một lần chiết Vì vậy ngời ta ờng không sử dụng phơng pháp chiết gián đoạn, với một lần chiết trong phân tích

th-định lợng Để giải quyết đợc vấn đề này ngời ta thờng tiến hành chiết nhiều lần.Khi thực hiện chiết nhiều lần ta sẽ nhận đợc giá trị độ thu hồi cao hơn nhiều sovới một lần chiết

Khi đó độ thu hồi sau n lần chiết đợc xác định theo công thức:

−

= 1 (12)

Ta nhận thấy rằng tỷ số

V K

V

+ < 1, do đó nếu số lần chiết n càng lớn thì độthu hồi R càng lớn

I.4.2 Phơng pháp chiết lỏng–lỏng liên tục.

I.4.2.1 Mô hình của phơng pháp chiết lỏng–lỏng liên tục.

Hình 2: Mô hình phơng pháp chiết lỏng–lỏng liên tục.

Theo phơng pháp này dung môi đợc đun bay hơi đi vào ống ngng hơi K1.Tại đây hơi dung môi đợc ngng tụ lại và hoà trộn với một dòng nớc từ ngăn chứamẫu đi vào, tạo thành một dòng chất lỏng chảy xuống ngăn phân tách pha Đồngthời với quá trình này là sự di chuyển cấu tử phân bố từ pha nớc vào dung môichiết Sau khi đã có sự phân tách hai pha, dung môi chiết lại đợc hồi lu trở lạibình chứa dung môi Tại đây nó lại tiếp túc đợc bay hơi lên ống ngng hơi K1 Quátrình diễn ra liên tục nh vậy cho đến khi lợng mẫu trong bình chứa đã đợc địnhmức hoàn toàn vào ống ngng hơi K1

I.4.2.2 Phơng trình cân bằng vật liệu.

1.Phơng trình cân bằng vật liệu cho ống ngng hơi (bộ phận chiết).

Tổng lợng cấu tử phân bố đi vào ống ngng hơi K1 là:

V,C

VW,0 CW

FW CW

K1

FC

FW C

FE C

V E

V E W

W F C F

Tổng lợng cấu tử phân bố đi ra khỏi ống ngng hơi K1 là:

E E W

V E W

W F C F

C + = C W* F W +C E* F E (13)

Đây chính là phơng trình cân bằng vật liệu cho ống ngng hơi K1

Trong trờng hợp nhiệt độ sôi của cấu tử phân bố cao hơn nhiều so với nhịêt

độ sôi của dung môi, khi đó ta có thể coi nồng độ cấu tử phân bố trong hơi dungmôi chiết là không đáng kể (CV≈ 0

Giả sử sau một khoảng thời gian vô cùng nhỏ dt nồng độ của cấu tử phân bốtrong bình chứa tăng lên một lợng là dCE

Trong khoảng thời gian dt đó lợng cấu tử phân bố đi vào bình chứa là: FE C

V E E

V E E E

E

V

F C V

F dt

Trờng hợp nồng độ cấu tử phân bố trong dòng hơi dung môi là không kể,phơng trình sẽ trở thành:

*

E E

E

V

F dt

dC

= (16)

Đây chính là phơng trình cân bằng vật liệu cho bình chứa dung dịch chiết.Trong quá trình chiết lỏng–lỏng liên tục hằng số phân bố đợc xác địnhtheo công thức:

3 Độ thu hồi của phơng pháp chiết lỏng-lỏng liên tục.

Để xác định đợc độ thu hồi của phơng pháp ta cần giải phơng trình vi phân(16) Kết hợp với các phơng trình (14) và (17)

Chia cả hai vế của phơng trình (14) cho FW C*

W ta đợc:

1

.

E E W

W

W

W

C F

C F C

F

C

F

(18)Hay:

1

E E W

W

C F

C F

C

C

(19)Thế phơng trình (17) vào ta đợc:

F K

F C

dC

= (23)

Thế phơng trình (21) vào phơng trình (23) ta đợc:

F K

F C K V

F dt

E

E E

+

= . (24)

Lấy tích phân hai vế phơng trình (24)

E E C

F K

F C K V

F dC

E

0 0

Vậy:

t F K

F C K V

E

E E

F

V F K

F C K V

V C K V C

W C V

m = , (29)

Từ đây ta có thể xác định đợc độ thu hồi của phơng pháp

F K

K m

I.4.3 Phơng pháp chiết lỏng ngng hơi.

I.4.3.1 Mô hình của phơng pháp chiết lỏng ngng hơi.

+ Có sự tồn tại cân bằng nhiệt động giữa các pha.

+ Quá trình chiết lỏng–lỏng xảy ra tại bộ phận làm lạnh, không có sựchuyển hoá chất tan trong ngăn phân cách C

+ Kh«ng cã sù bay h¬i chÊt tan theo dßng h¬i dung m«i.

1 Ph¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cho èng ngng h¬i.

Lîng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái ng¨n chiÕt K lµ:

KW = V

W

W C

C , W* F W

Ta xÐt trong mét kho¶ng thêi gian rÊt nhá dt:

Lîng cÊu tö ph©n bè ®i vµo b×nh chøa mÉu lµ: C W* F W.dt

Lîng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái b×nh chøa mÉu lµ: C F V dt

V W W

V W W W

W

V

F C V

F dt

F E. E*

Lîng cÊu tö ph©n bè ®i ra khái b×nh chøa dung dÞch chiÕt lµ:

dt dC

VËy ta cã:

C V

V W

V E E

V E E E

E

V

F dC V

F dt

E

V

F dt

Chia cả hai vế của phơng trình (31) cho F W.C W* ta đợc:

E W

W W

F C

C K

K C

C K

F

F

W

W W

.

*

F K F K

F F C

C

W W

V W W

V W W

W W

W W

W

K V

F C

C V

F dt

C

dC

.

V W W

W

V W W

W W

W

K V

F F

K K F

F F V

F dt

C

dC

) (

Suy ra:

dt K

F

F K

V

F C

dC

W W

V W W

W

V W W

K F

K K

V

F C

dC

0

)(

Suy ra:

F K

K K

V

F C

C

W W

V W O

W

) (

.

Hay:

t F K

K K

V

F C

C

W W

V W O

W

) (

exp(

W

V W

K F K V

F F K

) (

.

.

exp(

) (

K K

V

F C

K F K V

F F K

C

W W

V W O

W W

W

V W E

+

− +

V

F dt

dC

) (

exp(

) (

.

.

K F

K K

V

F C

K F K V

F F K

W W

V W O

W W

W

V W

K K

V

F C

K F K V

F F K

W W

V W O

W W

W

V

) (

exp(

) (

E

V

F dC

E

=

K F

K K

V

F C

K F K V

F F K

W W

V W t

O W W

W

V

) (

exp(

) (

.

.

0 ,

K K

V

F V

V C

C

W W

V W E

W O W

)(

exp(

1

Đây chính là phơng trình biểu diễn sự biến thiên của nồng độ cấu tử phân bốtheo thời gian trong suốt quá trình chiết