Tunnskiktsextraktion
Tunnskiktsextraktion är en tidsperiodisk reaktiv vätskeextraktionsprocess som ger utmärkt massöverföring samtidigt som fasseparationen bibehålls. Den utförs via en periodisk batchproduktionsprocess som styr tiden för varje kemisk reaktion .
Närma sig
En liten mängd av ett flytande organiskt extrakt sprids, som ett tunt lager, på en matris gjord av ett tunt mikroporöst material vars ytor är fritt åtkomliga från och till utsidan. Extraktet hålls av kapillärkrafter eller andra krafter. Detta skikt bringas växelvis och upprepade gånger i kortvarig kontakt med tunna skikt av donatorn och den vattenhaltiga remsan. I extraktionssteget transporteras utvalda arter som finns i donatorlösningen från donatorns vattenlösning till den organiska fasen där en reaktion uppstår. I strippningssteget vänder reaktionen och de extraherade ämnena strippas ner i den vattenhaltiga remsan. Sålunda genereras två alternativa produktsatser: ett raffinat och en bandprodukt. Eftersom var och en av arterna som ska separeras associerar olika med värden, är sammansättningen av raffinatet och bandprodukten differentierad.
Unika egenskaper
Med en typisk vätskemassdiffusion i storleksordningen 10 −9 m 2 /s är den karakteristiska tiden för diffusion genom ett 20 mikron tjockt vätskeskikt 0,4 s. Därför orsakar tunnheten av båda faserna (organiska och vattenhaltiga) en relativt "omedelbar" massöverföring av gästarter från den ena fasen till den andra, vilket gör att denna process har ett lågt massöverföringsmotstånd. Det låga massöverföringsmotståndet tillåter frikopplingen av effekter som tillskrivs massöverföring från effekterna som tillskrivs reaktionshastigheterna; det tillåter också relativt frekvent cykling som hjälper till att mildra den begränsade kapaciteten som beror på de små satserna av vattenhaltigt foder som bearbetas inom varje cykel.
Applicering på kinetisk reaktiv tunnskiktsextraktion
En sekundär egenskap hos tunnskiktsextraktion uppstår från det satsvisa periodiska driftsättet. Det tillåter exakt kontroll i tid och rum över små bearbetade element under processens gång, en grad av kontroll som inte är möjlig i någon annan vätske-vätskeextraktionsmetod. Denna kontroll är avgörande för att möjliggöra utnyttjande av skillnader i reaktionshastigheter för de olika arterna (se Termodynamisk kontra kinetisk reaktionskontroll ) och "skörd" av separerade arter tidigt på reaktionsbanorna där de relativa skillnaderna i koncentration är störst. Detta utgör grunden för kinetisk, reaktiv, tunnskiktsextraktion.
Processförhållanden
Extraktionsmedlet, inklusive värden, måste vara väsentligen olösligt i de bearbetade vattenhaltiga lösningarna för att undvika att tvättas bort. Skillnaden i densitet mellan de oblandbara faserna, som spelar en viktig roll vid konventionell vätske-vätskeextraktion, är dock irrelevant vid tunnskiktsextraktion.
Potentiella applikationer
När separation av två nära besläktade föreningar genom vätske-vätskeextraktion är nödvändig, indikerar konventionell visdom att ett selektivt extraktionsmedel måste hittas som kommer att skilja mellan de två genom att associera var och en till olika jämviktskompositioner.
Tunnskiktsextraktion rekommenderas för separation av högvärdiga produkter som produceras i måttliga volymer (till exempel separation av kirala molekyler).
Utrustning
Tunnskiktsextraktion används i specialiserad utrustning som drivs som robotar bestående av:
- Patronen består av en permeabel, öppen, makroporös matris, gjord av ett mikroporöst fast substrat, kompatibelt med extraktionsfasen och tillgänglig från/till omvärlden. Den utbytbara mikroporösa matrisen väts initialt med extraktionsmedlet och exponerar ett tunt vätskeskikt på dess yta utan att blockera makroporerna.
- Medlen för att bringa omväxlande små satser av donator- och remslösningarna att täcka som tunna skikt det tunna extraktionsskiktet som finns i definierade matrissektioner under en kontrollerad tid och sedan samla upp produktlösningarna. En metod består av att spraya lösningarna över sektioner av matrisen som byter positioner periodiskt för att växelvis exponeras för givaren och remslösningarna.
- De vattenhaltiga skikten skakas sedan av matrisen och samlas upp som två distinkta produkter. En andra metod består av pneumatisk pumpning med en kontrollerad hastighet, i motströmsriktning alternerande små satser av donatorn och strippar lösningar genom ett knippe mikroporösa kapillärer. Denna andra metod tillåter ett programmerbart antal steg men tillåter inte förändringar i förhållandet organisk till vattenhaltig (O/W).
- Ett programmerbart styrsystem.
En tunnskiktsextraktionscell består av en del av matrisen som turas om att växelvis exponeras för donatorn och sedan remslösningarna. Varje cell accepterar två alternerande vattenhaltiga matningssatser och genererar två motsvarande alternerande satser av produkterna.
I flerstegsdrift drivs ett tåg av celler synkront med produkterna från en cell riktade som matningar till nästa uppströms eller nedströms cell.
Utrustningen för utvinning av tunna skikt i flera steg är linjärt skalbar, vilket gör att resultat som erhålls på bordslaboratorieenheter kan skalas upp direkt till fullskaliga produktionsanläggningar.
- ^ Lavie R., "Thin Layer Extraction - A Novel Liquid-Liquid Extraction Method", AIChE Journal, 54, nummer 4, sidorna 957-964, 2008. doi : 10.1002/aic.11445 .
- ^ Ven_Lucassen, I., "Diffusionskoefficienter i flytande system", Avhandling – Technische University Eindhoven, 1999, ISBN 90-3862551-0 .
- ^ Ram Lavie, "Kinetic Reactive Thin Layer Extraction", Industrial & Engineering Chemistry Research, volym 53, nummer 47, sidorna 18283–18290, doi : 10.1021/ie5026387 .
- ^ Lavie R. och Wajc S., "Chiral Resolution by Thin Layer Extraction", Chemical Engineering Transactions, Volym 24, sidorna 739-744, 2011, doi : 10.3303/CET1124124 .
- ^ Lavie R., "Chiral Resolution of Ionic Compounds by Thin Layer Extraction", Ind. & Eng. Chemistry Research, 2011, vol. 50, nummer 22, sid 12311-12844, doi : 10.1021/ie201596n .
