Сущность процесса экстракции

Экстракцией называется процесс избирательного извлечения компонентов жидкой (или твердой) фазы при помощи растворителя. В растворителе хорошо растворяются извлекаемые компоненты и мало растворяются остальные компоненты. Поэтому растворитель называется избирательным или селективным.

В нефтепереработке широко применяют процессы экстракции в системе жидкость-жидкость при очистке масел, дизельного топлива, извлечении ароматических углеводородов.

При смешении растворителя с исходным сырьем происходит перераспределение его компонентов между растворителем и остальной частью смеси. Чтобы извлечь нужные компоненты, необходимо получить гетерогенную систему, состоящую из двух жидких фаз, между которыми и распределяются извлекаемые компоненты. При контакте с избирательным растворителем образуются два раствора: экстрактный, содержащий извлеченные компоненты и рафинатный, содержащий неизвлеченные компоненты. Эти два компонента образуют расслаивающуюся систему, поэтому их можно разделить отстаиванием под действием гравитации и центробежных сил.

При экстракции извлекаемый компонент (или смесь нескольких компонентов) распределяются между образующимися при экстракции экстрактным и рафинатным растворами согласно закону равновесия:

(66)

где  x₁ и x₂ концентрация растворенного вещества соответственно в одной и другой жидкой фазах;

K коэффициент распределения.

Коэффициент распределения зависит от природы исходной смеси и растворителя, состава смеси и температуры.

При выборе растворителя учитывают его избирательность и растворяющую способность, которые для каждого растворителя не являются постоянными и зависят как от технологических условий процесса, так и от химического состава сырья. Чем больше избирательность растворителя, тем более четко разделяются компоненты при контакте с ним, большей избирательности соответствует больший коэффициент распределения К. Чем выше растворяющая способность растворителя, тем большую массу извлекаемых компонентов можно растворить в нем и тем, следовательно, меньше потребуется расход растворителя.

Избирательность и растворяющая способность растворителя антибатны, как правило, рост одного показателя ведет к снижению другого. При повышении температуры избирательность растворителя уменьшается, а его растворяющая способность возрастает и наоборот.

Обычно с повышением температуры растворимость в обеих фазах возрастает, а при достижении определенной температуры образуется однородный раствор эта температура называется критической температурой растворения ( КТР ). В этом случае не может быть осуществлен процесс экстракции, так как нельзя разделить экстрактный и рафинатный растворы Поэтому рабочая температура процесса должна быть ниже КТР.

.

Поскольку процесс разделения с помощью экстракции происходит только при условии, что смесь растворителя и разделяемого вещества образует гетерогенную систему, необходимо выбирать такую температуру процесса, которая обеспечивает достаточно высокую избирательность и растворяющую способность растворителя.

На процесс экстракции оказывает влияние соотношение растворителя и исходного сырья. В случае небольшого количества растворителя он при соответствующей температуре полностью растворяется в исходной смеси, образуя гомогенный раствор. При большом количестве растворителя исходная смесь полностью растворяется в растворителе, образуя также одну фазу. Каждой величине отношения растворитель — исходное сырье соответствует определенное значение температуры, при которой и выше которой данная смесь образует однофазную систему.

В промышленных условиях для экстракции используются такие растворители, как фенол, фурфурол, N-метилпироллидон , бензол, диэтиленгликоль,, пропан, и др.

Для создания внутренней циркуляции потоков в экстракционных колоннах и повышения четкости экстракции поддерживается температурный градиент экстракции, т.е. температура рафинатной зоны (верх экстракционной колонны) выше температуры экстрактной зоны (низ колонны). Температурный градиент, который в большинстве случаев составляет от 5 до 30 ^оС, создается путем подачи в экстрактор сырья и растворителя с разными температурами, а также рециркуляцией части охлажденного экстрактного раствора.

В процессе экстракции могут быть выделены три основных составляющих (условных компонента): избирательный растворитель, извлекаемые компоненты и неизвлекаемые компоненты. Поэтому для расчета процесса экстракции нашли широкое применение треугольные диаграммы. После отделения растворителя от экстрактного раствора получают экстракт, а от рафинатного раствора - рафинат.