3.4 Екстракція

(лекція)

Мета: ознайомитися з загальними відомостями про процес екстракції та фізичними основами процесу, вивчити матеріальний баланс та устрій екстракторів.

План

1. Загальні відомості про екстракцію.

2. Етапи екстракції.

3. Схема процесу екстракції.

4. Матеріальний баланс процесу.

5. Устрій екстракторів.

Загальні відомості

Екстракцією називають процеси розділення рідких сумішей та вилучення компонентів з твердих речовин за допомогою рідкого розчинника (екстрагенту), який вибірково розчинює лише компоненти, що вилучається.

Екстракція з твердої речовини застосовується для вилучення олії з сім’ян, каніфолі, скипидару та інших продуктів з деревини та ін. В хімічній промисловості процеси екстракції в системі тверда речовина – рідина мало розповсюджені, частіше використовують процеси екстракції в системі рідина – рідина (в виробництві антибіотиків, для отримання ядерного палива, в процесах нафтопереробки).

Вихідна рідка суміш оброблюється екстрагентом, який не розчинюється, або малорозчинний у вихіднії суміші. В результаті взаємодії екстрагенту з вихідним розчином утворюються: екстракт – розчин вилучених з вихідної суміші компонентів в екстрагенті і рафінат – рідка суміш, збідніла на вилучені компоненти і, як правило, містить деяку кількість екстрагенту.

Розділення рідкої суміші методом екстракції складається з наступних процесів:

1. Змішення вихідної суміші з екстрагентом для створення між ним тісного контакту;

2. Розділення двох рідких фаз, які не змішуються (екстракту та рафінату);

3. Регенерація екстрагенту, тобто видалення його з екстракту та рафінату.

Нижче приведено схему процесу екстракції (без регенерації екстрагенту).

Розділення рідких сумішей екстракцією складніше розділення їх ректифікацією, але в багатьох випадках застосування екстракції більш зручніше або вона є єдиним можливим методом розділення суміші.

Матеріальний баланс

Матеріальний баланс процесу екстракції відповідає загальному для масообмін них процесів рівнянню:

G(У₁ - У₂)= L(Х₁ - Х₂),

де G – кількість реагенту, кг/сек.;

L – кількість вихідного розчинника, кг/сек.;

У₁ та У₂ – вміст компоненту в екстракті та в екстрагенті, кг/кг екстрагенту;

Х₁ та Х₂ – вміст компоненту у вихідному розчині та в рафінаті, кг/кг вихідного розчинника.

Тобто, розхід екстрагенту складає:

З рівняння матеріального балансу визначають питомий розхід екстрагенту

l= L/ G.

Процеси екстракції проводять найчастіше без підведення або відведення тепла, при кімнатних температурах. Тому для розрахунку цього процесу не потрібне складання тепловою балансу.

Устрій екстракторів

За характером зміни складу рідких фаз екстракційні апарати можна розподілити на дів групи:

1. Диференційно – контактні екстрактори, в яких характер зміни складу фаз наближений до безперервного;

2. Ступеневі екстрактори, в яких зміна складу фаз відбувається ступенево, в кожній ступені здійснюється змішення і розділення (сепарація) фаз.

Екстрактори обох груп можуть бути класифіковані за двома признаками:

1. За способом контакту між суцільною фазою, яка заповнює апарат, та дисперсною фазою, що розподіляється у вигляді крапель в суцільній фазі.

2. За виглядом сепарації фаз, яка може відбуватися внаслідок різниці густин фаз (гравітаційна сепарація) або під впливом відцентрових сил (відцентрова сепарація).

Екстрактори, в яких змішення і сепарація фаз відбувається в полі відцентрових сил, називається відцентровими.

Промислові екстрактори являються переважно апаратами безперервної дії.

В останній час все ширше використовуються екстрактори з вимушеним перемішуванням, в яких за рахунок підведення до рідині енергії з зовнішнього джерела досягається значне збільшення поверхні контакту фаз і інтенсифікація масообміну.

Загальним недоліком усіх екстракторів з механічними мішалками є складність експлуатації їх при обробленні сильно хімічно агресивних або радіоактивних речовин. Цього недоліку не мають пульсаційні екстрактори, які поєднують велику продуктивність з високою інтенсивністю масопередачі.

Відцентрові екстрактори – компактні високоефективні апарати, які вигідно відрізняються від екстракторів інших типів малим часом перебування в них реагентів. Недоліками відцентрових екстракторів є відносно висока коштовність та великі витрати при їх експлуатації.