1.6. Жидкостная экстракция

Жидкостная экстракция– процесс разделения смесей взаимнорастворимых жидкостей путём перехода одного или нескольких компонентов смеси из одной жидкой фазы в другую, практически не растворимую или плохо растворимую в первой фазе. Процесс протекает при непосредственном контакте двух жидких фаз и основан на различии растворимости извлекаемого компонента в этих фазах.

Процессы жидкостной экстракции применяют в химической, нефтехимической, фармацевтической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности при получении редких элементов, извлечении ценных или токсичных веществ из растворов, в том числе из сточных вод.

Жидкостная экстракция, наряду с перегонкой и ректификацией, является одним из основных методов разделения однородных жидких смесей. При малой концентрации извлекаемого компонента процесс экстракции обычно экономически более выгоден, чем перегонка и ректификация, поскольку при экстракции нет необходимости испарять значительную часть жидкой смеси. Кроме того, экстракцию целесообразно применять в случае, если смесь невозможно или трудно разделить ректификацией, или разделяемые компоненты разлагаются при нагревании.

Экстрагирующую жидкость, в которую переходит извлекаемый компонент, называют экстрагентомили растворителем. Раствор извлечённых веществ в экстрагенте называютэкстрактом, а раствор, из которого удалены экстрагируемые компоненты –рафинатом.

По принципу взаимодействия и способу контакта фаз экстракторы подразделяют на две группы: ступенчатые (смесительно-отстойные)идиффренциально-контактные. Ступенчатый экстрактор представляет собой несколько последовательно соединённых ступеней, каждая из которых состоит из аппарата смешения и отстойника эмульсий. Такие аппараты громоздки, и обычно не используются, если для эффективного разделения требуется более трёх ступеней.

Из дифференциально-контактных экстракторов наибольшее распространение получили: полые колонные экстракторы, насадочные, тарельчатые, роторно-дисковые и центробежные экстракторы.

Полые (распылительные) колонные экстракторы

Наиболее простыми по устройству дифференциально-контактными экстракторами являются распылительные колонны. Они относятся к гравитационным экстракторам – аппаратам, где движение диспергированной фазы через сплошную происходит вследствие разности их плотностей. В зависимости от того, какую фазу диспергируют, конструкция экстрактора несколько различается (см. рис. 42). Эти экстракторы представляют собой полые колонны с устройствами для диспергирования тяжёлой (рис. 46 а) или лёгкой (рис. 46 б) фазы (исходного раствора или экстрагента). Сплошная и дисперсная фазы перемещаются противотоком. Капли диспергированной фазы, пройдя через столб сплошной фазы, коалесцируют в сплошной слой, после чего выводятся из колонны. Тяжёлая фаза уходит через гидрозатвор, с помощью которого регулируют уровень раздела фаз в колонне.

Полые колонные экстракторы просты в устройстве и дёшевы в изготовлении. Важным достоинством этих аппаратов является возможность обработки в них загрязнённых твёрдыми частицами жидкостей. Иногда эти аппараты используют для экстрагирования из пульп и суспензий.

а б           Рис. 42. Полые колонные экстракторы с распылением тяжёлой фазы (а) и лёгкой фазы (б):

1 – корпус, 2 – распределительное устройство, 3 – гидрозатвор, 4 – поверхность раздела фаз

Полые колонные экстракторы отличаются невысокой эффективностью, что является следствием возникающего в них продольного перемешивания, снижающего движущую силу массопередачи. При большой доле дисперсной фазы снижается сечение для движения сплошной фазы и увеличивается унос капель, что может привести к захлёбыванию экстрактора.