Методы экстрагирования

1. Смесительно-отстойная экстракция. Исходный раствор и экстрагент смешивается в аппарате и затем отстаивается в отстойнике.

2. Экстракция в колонне – путём непрерывного контакта исходной смеси и экстрагента, противоточно перемещающихся одна относительно другой в одном экстракционном аппарате.

М - аппарат с перемешивающим устройством; О – отстойник, Е – сборник экстракта; R – сборник рафината. Исходная смесь (А + В) и экстракт С перемешиваются до установления состояния равновесия, затем разделяются в отстойнике, в котором образуются 2 слоя: слой , насыщенный экстрагированным компонентом В (называется сырым экстрактом) и слой отработанного исходного раствора (сырой рафинат).

Одноступенчатая периодическая экстракция

Изобразим периодическую одноступенчатую экстракцию на диаграмме:

Состав исходной смеси изобразизится точкой S. Составу смеси после добавления экстрагента С соответствует точка М на прямой CS. Положение точки М зависит от количества экстрагента. При перемешивании и отстаивании образуются 2 жидкие равновесные фазы, составы которых представлены точками R и E. Положение точки М и G_R и G_E определяются по правилу рычага:

О бозначим G_S – количество исходного раствора (2-х компонентного); G_C – количество экстрагента. Тогда SM/MC = G_C/G_S; отсюда количество экстрагента G_C = G_S*SM/MC . Зная положение хорды равновесия, проходящей через точку М, можно определить количество рафината: G_E/G_R = RM/ME; (G_E + G_R)/G_R = (ME +RM)/ME; так как G_E + G_R = G_M, то G_M/G_R = RE/ME и G_R = G_M*ME/RE. Тогда количество экстракта G_E = G_M – G_R = G_M – G_M*ME/RE = G_M*(RE – ME)/RE = = G_M*RM/RE = G_E. Для определения состава рафината через точки C и R проводят прямую до пересечения с АВ. Получают точку R_K. Для определения состава экстракта проведём линию через СЕ. Е_К – состав экстракта. Точки R_K и E_K соответствуют бинарным смесям, не содержащим экстрагента. По диаграмме можно определить max и min расход экстрагента. При уменьшении количества экстрагента точка М перемещается влево и в пределе совмещается с бинодальной кривой, точкой М₁. Отсюда G_Cmin = =G_S*SM₁/M₁C. Аналогично для точки М₂ G_Cmax = G_S*M₂S/M₂C; практический расход экстрагента выбирают промежуточным между G_Cmin и G_Cmax.

М ногоступенчатая прямоточная экстракция

Она применяется для лучшего выделения целевого компонента, при этом происходит многократная промывка исходного раствора растворителем. Если при этом каждый раз используется порция свежего растворителя, то экстракция называется прямоточной. Она состоит из повторяющихся несколько раз одноступенчатых операций.

Технологическая схема:

C₁ C₂ C₃ C_n

S R₁ R₂ …… R_n-1 R_n

E₁ E₂ E₃ E_n

С₁, С₂, …С_n – растворители (экстрагент);

S – исходный раствор;

Е₁, Е₂, … Е_n – экстракт; R₁, R₂, … R_n – рафинат;

1, 2, … n – аппараты, где идёт перемешивание и расслоение жидкостей.

Составы и количества отдельных продуктов будем определять исходя из предположения, что каждое смешение достаточно продолжительно и между фазами устанавливается равновесие. Воспользуемся треугольной диаграммой.

И сходный раствор (т. S) и первая порция растворителя С₁ дают смесь состава М₁. Конода, проходящая через эту точку, определяет составы рафината R₁ и экстракта Е₁. Положение точки М₁ можно определить по правилу рычага:

G _C1*CМ₁ = G_S*SM₁;

к оличество рафината в первой ступени R1 определяется из уравнения

G_R1*R₁M₁ = G_E1*M₁E₁;

G _R1/G_E1 = M₁E₁/R₁M₁;

G _R1/(G_E1 + G_R1) = ME₁/(R₁M₁ + M₁E₁);

С_R1 = G_M1*ME₁/R₁E₁

т .к. G_R1 + G_E1 = G_M1 = G_S + G_C1, то G_R1 = (G_S + G_C1)*E₁M₁/R₁E₁. Аналогично:

G_E1 = (G_S +G_C1)*R₁M₁/R₁E₁

.

Операция смешения и отстаивания на второй ступени представляется точкой М₂, лежащей на R₁C. Положение точки М₂ зависит от количества растворителя С₂, поданного на вторую ступень. Составы рафината R₂ и экстракта Е₂ лежат на коноде, проходящей через точку М₂. Аналогично первой ступени могут быть определены

G_R2 = (G_R1 + G_C2)*E₂M₂/R₂E₂

G_E2 = (G_R1 + G_C2)*R₂M₂/R₂E₂

и C_E2 = (G_R1 + G_C2)*R₂M₂/R₂E₂ . .

Положение точки М₃, … М_n рассчитывается аналогичным образом с учётом суммарного количества смеси, подающейся на ступень.

Для осуществления процессов экстрагирования используются (виды экстракторов):

1. Смесительно-отстойные экстракторы. Наиболее распространены смесители типа аппаратов с мешалкой, инжекторные, диафрагменные, центробежные насосы.

2. Колонные экстракторы: а) распылительные экстракторы; б) насадочные экстракторы; в) экстракторы с ситчатыми тарелками; г) колонные экстракторы с механическим перемешиванием фаз (роторно-дисковый экстрактор); д) пульсационные экстракторы; е) центробежные экстракторы.