Экстракция, Жидкостная экстракция - Процесс экстракции

Экстракция - процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и значительно слабее или практически вовсе не растворяются остальные компоненты исходной смеси. В химической технологии экстракция из растворов экстрагентами более распространена, чем экстракция из твердых тел.

Используют для выделения в чистом виде органического синтеза. Применяется для очистки сточных вод от вредных примесей.

Экстракция в системе жидкость-жидкость есть массообменный процесс, протекающий с участием 2-х взаимно нерастворимых или органически растворимых друг в друге жидкостей.

Экстрагентом называется раствор извлеченных веществ в экстрагенте. Остаток раствора называется рафинатом. Рафинат извлекается в отстойниках. Из рафината извлекается экстрагерт.

Жидкостная экстракция

Процесс экстракции обычно экономически выгоднее ректификации, поскольку при экстракции не нужно испарять всю жидкую смесь.

Обычно жидкостную экстракцию с сочетают с ректификацией, которую применяют для регенирации экстрагента. Экстракт - раствор извлеченных веществ в экстрагенте, рафинат - остаточный исходный раствор.

На рис. 1 представлена схема без регенезации. Чаще всего используются схемы с регенезацией экстрагента.

схема проведения экстракционных процессов

Рис. 1 Схема проведения экстракционных процессов

Равновесия в системе жидкость - жидкость

Для трехкомпонентной системы жидкость - распределяемое вещество-жидкость можно изменять концентрацию одной из фаз без нарушения равновесия. В процессе жидкостной экстракции обычно Т не меняется, Р на равновесие системы не влияет.

Закон распределения: отношение равновесных концентраций распределяемого между двумя жидкими фазами вещества при Т=const есть величина постоянная.

или (1)

Где у* и х - равновесные концентрации распределяемого вещества соответственно в экстракте и рафинате, m - коэффициент распределения.

По формуле (1) линия равновесия должна быть прямой, выходящей из начала координат. Однако это справедливо для случая полной взаимной нерастворимости участвующих в процессе фаз, что довольно редко встречается в реальных условиях. Обычно m зависит от концентрации распределяемого вещества Т=const, если же меняется Т, то величина m может меняться еще сильнее.

Линии равновесия на диаграмме у-х при постоянной темпиратупе называют изотермами экстракции (рис. 2). Если известны изотермы для разных Т, то становится возможным выбрать наиболее приемлемое Т.

    1 - неэлектролит 2 - электролит

Рис.2. Типичные изотермы экстракции.

Треугольные диаграммы. Отметим, что часто фазы, участвующие в процессе экстракции, частично растворимы друг в друге. Тогда экстракт помимо экстрагента и растворенного вещества содержит некоторое количество растворителя из исходного раствора, а рафинат помимо первоначального раствора и некоторого количества растворенного вещества - определенное количество экстрагента. Оба раствора состоят из трех компонентов.

А, В, С - чистые компоненты. В точке А - чистый Фх, в точке В - чистый М, в точке С - чистый Фу. Точка М характеризуется величинами. Точки на площади треугольника соответствуют составам трехкомпонентных растворов.

треугольная диаграмма

Рис. 3 Треугольная диаграмма

Равновесную концентрацию для трехкомпонентных смесей ж-ж можно представить на треугольной диаграмме.

равновесная кривая в треугольной диаграмме

Рис. 4 Равновесная кривая в треугольной диаграмме.

А - 100% - растворитель в исходном растворе,

В - 100% - растворенное вещество,

С - 100% - экстрагент

Линии АВ, ВС, СА - характеризуют состав двухкомпонентных растворов. Пусть А и В, В и С, неограниченно растворимы друг в друге, а А и С - ограниченно растворимы. Пусть состав А и С характеризуются точками G1 и G2. Если к ним добавить В, получим трехкомпонентный расслаивающий раствор соответствующий точкам D1 и D2. Эта хорда соответствует растворам, находящихся в равновесии друг с другом. Точка К - критическая точка, соответствует однофазному раствору.

Взаимная растворимость с увеличением температуры повышается, поэтому область существования гетерогенных систем уменьшается. При высоких температурах может вообще исчезнуть (точка Ткр на рис. 5).

влияние т на равновесную кривую

Рис. 5 Влияние Т на равновесную кривую.

Основным свойством экстрагента является селективность, которая характеризует его способность преимущественно извлекать один из двух, трех и более компонентов раствора. Селективность экстрагирования по отношению к распределяемому компоненту характеризуется коэффициентом селективности (коэффициент разделения)

(2)

Или с учетом (1)

(3)

Как видно, чем больше тем больше. Если =1, то селективность равна 0. В реальных условиях больше 2.

Обозначены через у - экстракт, х - рафинат.

- коэффициент распределения для компонента В.

Похожие статьи




Экстракция, Жидкостная экстракция - Процесс экстракции

Предыдущая | Следующая