Экстракция из жидких систем

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

Распределение компонента В в жидкости А и в экстрагенте Д характеризуется соотношением:

, (3-59)

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

С_Д - 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, которое должно быть больше единицы.

В зависимости от цели проведения процесса могут применяться следующие 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.3.37). Исходный раствор и растворитель перемешиваются в смесителе, выдерживаются определенное время, обусловленное технологическими показателями, после чего разделяются на экстракт и рафинат в отстойнике.

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

Материальный баланс этого метода экстракции в общем виде будет выглядеть следующим образом:

. (3-60)

Материальный баланс процесса по ключевому компоненту:

, (3-61)

где: , , , - массовая доля ключевого компонента в соответствующих растворах.

После преобразований из последнего уравнения рассчитывают концентрации получаемого рафината, экстракта и степень извлечения целевого компонента, соответственно:

;

; (3-62)

.

где: - коэффициент распределения - отношение распределения равновесных содержаний целевого компонента в экстракте к равновесному содержанию ключевого компонента в рафинате; - массовое соотношение фаз; - экстракционный фактор.

Величина экстракционного фактора имеет важное технико - экономическое значение. Оптимальные значения данного фактора находятся в пределах от 1,2 до 2,0. Эти значения соответствуют низкому содержанию целевого компонента в рафинате и относительно низкой стоимости регенерации получаемого 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 содержанием 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 извлечением целевых компонентов из исходного раствора. Данный метод осуществляется противоточно в системе смесителей - отстойников или в колонных аппаратах.