АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ЭКСТРАГИРОВАНИЕ

Экстрагированием называется процесс полного или ча­стичного разделения смеси веществ, обладающих неодинаковой раство­римостью в том или ином растворителе. Разделяемую смесь обрабатывают растворителем для извлечения из нее более легко растворимого вещества.

Экстрагирование веществ из твердого тела водой называется выщелачиванием.

При экстрагировании извлекаемое из смеси вещество переходит в раствор, и для выделения его в чистом виде необходимо полученный раствор подвергнуть выпариванию или кристаллизации или обоим процессам одновременно с последующим удалением оставшегося в твердом теле растворителя путем фильтрования, центрифугирования и сушки. В специальных аппаратах, называемых экстракторами, экстра­гируемая смесь и растворитель вступают в тесный контакт.

Выделение фаз, вновь образовавшихся в результате взаимодействия растворителя с экстрагируемой смесью, производят или отстаиванием с последующей декантацией, фильтрованием, центрифугированием, до­бавлением специальных веществ, вызывающих расслаивание двух жидких фаз (высаливание), или добавлением веществ, вызывающих выделение одной твердой фазы (кристаллизация). •

Удаление и регенерацию растворителя из каждой фазы производят путем нагревания, дистилляции или выпаривания, причем часто различ­ные методы разделения фаз и удаления из них растворителя взаимно сочетаются.

Процесс экстрагирования основан на свойстве веществ, обладающих разными концентрациями, при соприкосновении взаимно диффундировать, т. е. проникать друг в друга.

Вследствие диффузии при соприкосновении с обрабатываемой смесью растворитель, как фаза с более низкой концентрацией, чем обрабатываемая смесь, насыщается тем компонентом, который раство­рим в нем. <• І

Равновесное распределение вещества между разделяемой смесью и растворителем или между двумя несмешивающимися фазами определя­ется законом распределения.

Закон распределения можно выразить уравнением

Yp = k2x (3-231)

Где х—концентрация растворенного вещества в смеси, подлежащей экстрагированию, в кгс! кгс\ Ур—равновесная концентрация растворенного вещества в растворителе - в кгс/кгс.

Следовательно, если отложить на графике по оси х содержание растворенного вещества в одной фазе, а по оси у—содержание раство­ренного вещества в состоянии равновесия в другой фазе, сохраняя тем­пературу или давление постоянными, то получим обычную фазовую у—%-диаграмму. Так как уравнение (3—231) является уравнением прямой, то на у—%-диаграмме линия равновесия должна быть также прямой.

Однако коэффициент 'раАпределения K2 практически не является величиной постоянной и изменяется с изменением Концентрации раство­ренного вещества и Температуры. Поэтому обычно линия равновесия только на некоторых участках приближается к прямой.

Для процесса перехода вещества из одной фазы в другую при экстрагировании действительны рассмотренные выше уравнения диффу­зии и массопередачи. Применяя к экстрагированию эти основные урав­нения, можно сделать следующие обобщения:

1. При экстрагировании из твердых тел необходимо увеличивать поверхность взаимодействия F между фазами, что может быть достиг­нуто измельчением твердого вещества путем устройства. перемешиваю­щих приспособлений или барботажных, распылительных и тому подоб­ных приспособлений при экстрагировании из жидкостей жидкостями.

Ляющий движущую силу процесса, что может быть достигнуто путем увеличения количества растворителя или путем проведения процесса экстрагирования противотоком.

При экстрагировании в движущейся среде необходимо по воз­можности увеличивать скорость w движения фаз, что приводит к значи­тельному увеличению скорости массообмена вследствие большей турбу­лентности потоков фаз.

Необходимо повышать продолжительность экстрагирования т для увеличения количества извлеченного вещества G. Однако вели­чину т можно увеличивать до некоторого предела, после которого даже значительное удлинение времени экстрагирования дает лишь незначи­тельный прирост количества экстрагированного вещества.

* Процесс экстрагирования состоит из трех стадий:

.1) приведение омеси, подлежащей экстрагированию, в тесный кон­такт с растворителем;

разделение образовавшихся фаз;

удаление и регенерация растворителя из каждой фазы.

Рассмотрим отдельно методы экстрагирования твердых тел и

Жидкостей.

А. Экстрагирование твердых тел