Пересчет сокслет-экстракции в порционную

[Phobos]

Есть некое вещество, в котором засела нежелательная примесь, пару процентов, и ее надо убрать. Свойства растворимости в разных растворителях оказались очень похожи на свойства основного вещества. Наконец-то вроде нашли способ - экстракция гексаном в сокслете убирает в основном грязь, вещество почти не затрагивает. Однако на всю порцию сокслет поставить невозможно, в основном по причинам не химическим, а регуляционным. Можно лишь делать промывки горячим растворителем в так называемом stirred pressure filter, имеющим рубашку обогрева, мешалку и поддавливание азотом. И вопрос - как прикинуть количество и размер порций промывки, чтоб получить тот же результат?
Скажем, на лабораторном сокслете было 300 мг вещества, экстракция шла 13 часов, с темпом дистилляции, ну пусть будет 5 мл/мин = 300 мл/час, т.е. через пробу протекло почти 4 литра в статических условиях. На фильтре будет перемешивание - как учесть повышение эффективности экстракции? Есть какие-то эмпирические коэффициенты пересчета, добытые трудом поколений химиков?

[Jokermaniak]

Никак. Хотя бы потому, что в сокслете растворитель капает прохладный, а вы горячим хотите мыть. Если сильно надо, вы можете представить ваш сокслет как проточный реактор идеального смешения, а растворение вещества - реакцией нулевого порядка (но возможно и первого, вопрос скорее философский, зависит от того, в режиме насыщения работает сокслет или нет), а дальше, не обращая внимания на треск растягивающейся совы, применить стандартные формулы из учебника пахт. А на фильтре это, очевидно, насыщение каждый раз, по крайней мере если перемешивающий не филонит. Но как вы будете брать поправку на температуру я ХЗ, она же разная у разного.

А вам нельзя долго кипятить экстракт? Есть такие штуки, как рециркуляционные системы, на больших хроматографах ставят такие. Или можно сварганить, например, из дистиматика. Там экстракт не кипятится, а подается непрерывно на ротор и растворитель отгоняется там.

[kika]

Скажем, на лабораторном сокслете было 300 мг вещества, экстракция шла 13 часов, с темпом дистилляции, ну пусть будет 5 мл/мин = 300 мл/час, т.е. через пробу протекло почти 4 литра в статических условиях. На фильтре будет перемешивание - как учесть повышение эффективности экстракции? Есть какие-то эмпирические коэффициенты пересчета, добытые трудом поколений химиков?

Вам бы хорошо кинетику померить - при разных температурах определить, с какой скоростью примесь переходит в гексан, а заодно и оптимизировать количество гексана.

А варианты химически избавиться от этой примеси не рассматриваете?

[Phobos]

Во-первых, мы не знаем, что это такое. Вполне вероятно, не одно соединение, а группа веществ. Во-вторых, по нормам регуляции никаких изменений в процесс вносить нельзя. Промывка горячим гексаном в процессе есть, поэтому придется плясать от нее. Есть также промывка метанолом, но он эту примесь вообще не растворяет.
Делать из этого долгое исследование - последнее, что мне хочется. Да, основное вещество - нестойкое на воздухе и на свету.

[kika]

Делать из этого долгое исследование - последнее, что мне хочется. Да, основное вещество - нестойкое на воздухе и на свету.

А не надо долгое!
Мешание ведь там большую роль играет и даже прикинуть ее сложно по одному Вашему опыту без мешалки.
Определенно один экспериментик с мешалкой (лучше не магнитной) нужен. Допустим, в 100 мл банке один к одному смешаете Ваш продукт с гексаном, нагрете до рефлюкса, наставите то число оборотов, которым будете располагать на большой установке, и берете образцы гексана во времени. Так будете иметь кривую насыщения гексана примесью. Там по экспоненте все пойдет и видно будет, когда примесь уже не прибавляется. И из этого два реальных параметра получите - время и степень очистки от одной порции гексана. Там и число порций можно прикинуть потом.
А банку затемните сверху фольгой, если продукт чувствителен к свету.

[Phobos]

В холодном гексане оно не растворяется, выпадает липкой кашей, приклеивающейся на стенки. В горячем - есть очень ограниченная растворимость, в колбе под сокслетом был разбавленный раствор плюс грязь, налипшая на стенки. То есть в гексане мы будем видеть постоянную очень низкую концентрацию насыщения, и это не особо информативно.
Брать пробу из кипящего гексана это вообще весьма хлопотно - шприц не возьмет, открывать пробку нельзя, охлаждать нельзя. Геморрой еще тот.

[Jokermaniak]

Брать пробу из кипящего гексана это вообще весьма хлопотно - шприц не возьмет, открывать пробку нельзя, охлаждать нельзя. Геморрой еще тот.

Можно передавить аргоном через двухстороннюю иглу. Впрочем, здесь это не надо на мой взгляд. А как у вас вещество экстрагируется, если в сокслете растворитель холодный? У вас сокслет с подогревом парами? Но даже там в зоне экстракции температура далека от кипения. Если у вас такая резкая зависимость растворимости от температуры - вряд ли можно как-то адекватно пересчитать. Есть вообще вещества, у которых растворимость очень сильно повышается именно при достижении состояния кипении, для них даже пытаться что-то пересчитывать бесполезно.

[Phobos]

Щупал сокслет во время работы - в зоне экстракции температура близка к температуре кипения гексана, руку обжигает.

[Jokermaniak]

Щупал сокслет во время работы - в зоне экстракции температура близка к температуре кипения гексана, руку обжигает.

Ну я ХЗ конечно, свечку не держал, но мой опыт говорит другое. Если речь про обычный стеклянный сокслет - там стенки обычно чуть теплые, банально потому, что площадь контакта донышка с парами в разы меньше площади боковин, а сверху капает холодный растворитель. Разве что если вы обматываете сокслета теплоизоляцией и выставляете минимальную интенсивность кипения, чтобы с холодильника не капало. Плюс, даже кипящий гексан вряд ли обожжет руку, это всего 68 градусов. Но можно термопару закинуть внутрь и посмотреть точно.

Если же вы все-таки уверены, что температура в сокслете близка к температуре при промывке, то можно оценить всё это дело сверху. На фильтре предположить, что происходит насыщение (вас же никто не ограничивает по длительности и тщательности перемешивания?), и тогда это просто установка периодического действия, где каждый раз извлекается одинаковое кол-во вещества. А на сокслете - можно каждый цикл "набор-слив" считать периодом, эквивалентным одной порции растворителя на фильтре, и тупо пересчитать по объемам. Но! это именно что верхняя оценка, по факту на самом деле в сокслете массоперенос убогий, и до насыщения там как до луны раком. То есть один бульк сокслета реально значительно менее эффективен, чем один прогон на фильтре. Ну и отдельная история насколько гексан на фильтре остывает за время перемешивания.

[kika]

... по факту на самом деле в сокслете массоперенос убогий, и до насыщения там как до луны раком. То есть один бульк сокслета реально значительно менее эффективен, чем один прогон на фильтре. Ну и отдельная история насколько гексан на фильтре остывает за время перемешивания.

Почему в сокслете массоперенос убогий?
Там процесс, как Вы правильно заметили выше, идет по идеальному вытеснению все время чистым гексаном, обеспечивая более эффективную внутреннюю диффузию примеси в гексан, чем в реакторе смешения.

Но мне непонятно, какое там перемешивание перед фильтром? Лопатки?

[kika]

В горячем - есть очень ограниченная растворимость, в колбе под сокслетом был разбавленный раствор плюс грязь, налипшая на стенки. То есть в гексане мы будем видеть постоянную очень низкую концентрацию насыщения, и это не особо информативно.
Брать пробу из кипящего гексана это вообще весьма хлопотно - шприц не возьмет, открывать пробку нельзя, охлаждать нельзя. Геморрой еще тот.

А как Ваше вещество устойчиво к температуре? Ведь можно было бы попрбовать более высоко кипящие фракции алканов с малой надеждой, что и больше будет растворимость грязи в них при более высокой температуре.
Впрочем, Вы писали выше, что можно только гексан или метанол.
Насчет пробы. Так пробку-то и не следует открывать при кипящем гексане. Завтра пошлю Вам фото лаб.оформления, как бы я брала пробы. Не вижу причин, почему шприц (при закрытой пробке) не возмет, если на секунду остановить перемешивание.

[Jokermaniak]

Почему в сокслете массоперенос убогий?

Потому что нет принудительного перемешивания. Единственная движущая сила - капли с холодильника. Я одно время много экстрагировал сильноокрашенные вещества, там прекрасно видно, насколько медленно и лениво расползается окраска по объему.

Но мне непонятно, какое там перемешивание перед фильтром? Лопатки?

Прямо на фильтре. Шпателем.

[Jokermaniak]

Насчет пробы. Так пробку-то и не следует открывать при кипящем гексане. Завтра пошлю Вам фото лаб.оформления, как бы я брала пробы. Не вижу причин, почему шприц (при закрытой пробке) не возмет, если на секунду остановить перемешивание.

Потому что он в шприце продолжит кипеть и будет выдавливать жидкость из шприца как из замкнутой системы.

[Phobos]

Фильтр у нас со встроенной мешалкой, тут как раз проблем быть не должно. Тем не менее, две промывки горячим гексаном эту примесь удалили не полностью. Или ее состав несколько изменился, или в этой партии сырья ее больше, чем обычно, или же она забралась глубоко внутрь кристаллов целевого вещества.

[kika]

Потому что нет принудительного перемешивания. Единственная движущая сила - капли с холодильника. Я одно время много экстрагировал сильноокрашенные вещества, там прекрасно видно, насколько медленно и лениво расползается окраска по объему.

Но эта единственная движущая сила будет и эффективна, потому что обеспечивается все время свежим гексаном. Как только насыщение достигнуто, то сколько ни мешай, эффекта не будет.

[kika]

Потому что он в шприце продолжит кипеть и будет выдавливать жидкость из шприца как из замкнутой системы.

Работаю с горячим гексаном, беру образцы, ничего никуда не выдавливается. На фото - оформление.
Когда беру образец, шприц ввожу поглубже, а потом снова поднимаю повыше, не вытаскивая полностью, и пробочкой закрываю.

[kika]

Фильтр у нас со встроенной мешалкой, тут как раз проблем быть не должно. Тем не менее, две промывки горячим гексаном эту примесь удалили не полностью. Или ее состав несколько изменился, или в этой партии сырья ее больше, чем обычно, или же она забралась глубоко внутрь кристаллов целевого вещества.

Вот-вот, забравшись глубоко внутрь, ее трудно оттуда достать. Конечно, самое лучшее - перекристаллизация, пусть и с небольшой потерей продукта.
А так - продолжайте, делайте следующие две промывки. А что делать?! Не останавливаться же на полпути.

[Phobos]

Я так тоже работаю, но для кипящего растворителя не пойдет. Не говоря уже о том, что в металлической иголке небольшая проба насыщенного раствора неизбежно успеет охладиться и осадок выпадет на ее стенках, даже невидимый глазу.

[kika]

Да, согласна, с насыщенным раствором нельзя работать с одной иглой. Так ее менять потом надо.
А кипящий раствор можно немного охладить, чуть снизив огрев, а после отбора пробы снова довести до кипения. Варианты есть.

[Jokermaniak]

Но эта единственная движущая сила будет и эффективна, потому что обеспечивается все время свежим гексаном. Как только насыщение достигнуто, то сколько ни мешай, эффекта не будет.

Ну так на фильтре насыщение будет достигнуто, и быстро, а на сокслете нет. Ну и где тут эффективность массопереноса? У сокслета кратность обмена выше, а не эффективность массопереноса, это разные вещи.