Экстракция из жидких систем

В общем виде экстракцию из жидких систем можно представить сле- дующим образом. В жидкости А растворен компонент В. Это означает, что имеется двухкомпонентный раствор А+В. Если к этому раствору добавить рас- творитель (экстрагент) Д, который не растворяется и не смешивается с жидко- стью А, но хорошо растворяет в себе компонент В, последний будет переходить в растворитель. Концентрация компонента В в жидкости А при этом будет уменьшаться. В реальных условиях компонент В не полностью перейдет в экс- трагент Д, какая-то его часть останется в жидкости А. Таким образом, компо- нент В будет находиться в жидкости А и в экстрагенте Д.

Распределение компонента В в жидкости А и в экстрагенте Д характери- зуется соотношением:

j = CД

CА

,                                                         (61)

где φ – опытный коэффициент распределения, зависящий от свойств жидкой системы, температуры и концентрации;

СД – концентрация компонента В в растворителе Д, кг/кг;

С А – концентрация компонента В в жидкости А, кг/кг.

Эффективность экстракции увеличивается с повышением значения φ, ко- торое должно быть больше единицы.

В зависимости от цели проведения процесса могут применяться следую- щие методы экстракции:

- однократное извлечение;

- многоступенчатое извлечение с подачей свежего растворителя на каждую ступень;

- многоступенчатое извлечение с использованием одного растворителя.

Наиболее простым методом экстракции является однократное извлечение (рис.15). Исходный раствор F смешивается с экстрагентом Э в смесителе 1. полученная смесь выдерживается там определенное время, обусловленное тех- нологическими показателями, после чего разделяется в отстойнике 2 на экс- тракт E и рафинат R.

При достаточной продолжительности процесса содержание извлекаемого компонента в конечных продуктах будет приближаться к значениям равновес- ной концентрации.

Исходный раствор F    Экстрагент Э

Экстракт Е

Рис. 15. Схема установки для проведения однократного извлечения.

Материальный баланс этого метода экстракции в общем виде выглядит следующим образом:

F+Э = R+Е.                                                          (62)

Материальный баланс процесса по ключевому компоненту:

FX F

+ ЭX Э

= EX E

+ RX R  ,                                (63)

где X F ,

X Э , X E  , X R  – массовая доля ключевого компонента в соответст- вующих растворах.

После преобразований из последнего уравнения рассчитывают концен- трации получаемого рафината, экстракта и степень извлечения целевого ком- понента, соответственно:

X R  = X F

(1 + bm);

X E  =

m X F

(1 + bm);                                                             (64)

j = e 1 + e .

где m  =

X E  *

X R  * – коэффициент распределения – отношение распреде- ления равновесных содержаний целевого компонен- та в экстракте к равновесному содержанию ключево- го компонента в рафинате;

b = Э F

– массовое соотношение фаз;

e  = bm  – экстракционный фактор.

Величина экстракционного фактора имеет важное технико - экономи- ческое значение. Оптимальные значения данного фактора находятся в преде- лах от 1,2 до 2,0. Эти значения соответствуют низкому содержанию целевого компонента в рафинате и относительно низкой стоимости регенерации полу- чаемого экстракта. Одним из недостатков данного метода является низкая степень извлечения целевого компонента из исходного раствора.

С целью получения рафината с высокой степенью очистки применяют метод многократного извлечения с использованием свежего растворителя. При данном методе образуется несколько экстрактов с различным содержа- нием целевого компонента, при этом используется экстрагент, который не требует регенерации и обладает малой стоимостью.

Наиболее часто в промышленности применяется метод многократного извлечения с использованием одного растворителя, который преследует  цель

– получение высококонцентрированного экстракта с максимальным извлече- нием целевых компонентов из исходного раствора. Данный метод осуществ- ляется противоточно в системе смесителей – отстойников или в колонных аппаратах.