22.4. Способы экстрагирования и растворения

В химической технологии применяются следующие основные спо­собы экстрагирования и растворения: 1) периодический процесс; 2) прямоточный и противоточный процессы; 3) процесс в неподвиж­ном слое.

Периодический процесс проводят в аппаратах с механи­ческим или пневматическим перемешиванием. Пневматическое пе­ремешивание позволяет в случае необходимости использовать пе­ремешивающий агент (воздух) в качестве окислителя. При доста­точно интенсивном перемешивании твердые частицы быстро дви­жутся с изменяющейся по направлению и величине скоростью, то отставая от потока омывающей их жидкости, то опережая его. В этих условиях возникает переменная во времени скорость обте­кания, обусловленная инерцией твердых частиц. При таком инер­ционном режиме создаются благоприятные условия для ускорения процессов растворения и экстрагирования, несмотря на то что движущая сила процесса снижается по мере приближения системы к состоянию равновесия.

При слабом перемешивании твердые частицы находятся в жид­кости во взвешенном состоянии, т. е. в течение довольно длительно­го времени движутся поочередно в восходящем и нисходящем потоках жидкости. При этом вся их поверхность омывается жидкостью, но скорость обтекания в данном случае определяется силой тяжести частиц и уступает по величине соответствующим скоростям при инерционном режиме.

Прямоточный и противоточный процессы, проводимые в аппаратах непрерывного действия, широко распространены. В принципе, экстрагирование и растворение можно проводить непре­рывно в аппарате с мешалкой путем непрерывного подвода в аппа­рат твердой и жидкой фаз и отвода их из него. Однако осуществ­ление непрерывного процесса таким способом неизбежно приведет к падению его интенсивности из-за того, что поступающий в обра­ботку твердый материал будет взаимодействовать с раствором, концентрация которого в аппарате вследствие интенсивного пере­мешивания близка к концентрации насыщения. Это вызовет значи­тельное снижение движущей силы процесса и, соответственно, скорости экстракции по сравнению со средней скоростью (за одну операцию) в периодическом процессе, где аналогичные условия создаются только на конечной его стадии. Кроме того, в одиночном аппарате возможен проскок некоторой части твердых частиц, в ре­зультате чего время пребывания может оказаться недостаточным для достижения высокой степени извлечения экстрагируемого ве­щества.

В связи с этим экстрагирование и растворение проводят в кас­каде последовательно соединенных аппаратов с мешалками, через которые пульпа движется самотеком (рис. 22-6). При работе по такой прямоточной схеме движущая сила процесса постепенно снижается от ступени к ступени, но не в такой степени, как в одном аппарате с мешалкой, где со свежим растворителем смешивается конечный концентрированный раствор. При числе ступеней, обычно не превышающем 3-6, в таких установках достигается достаточно высокая степень извлечения.

Концентрированный раствор

Более эффективным является проведение непрерывных процес­сов по принципу противотока. При движении твердых частиц навстречу потоку жидкости в батарее аппаратов на конце установки, где вводится свежий растворитель, последний взаимодействует с проэкстрагированным в значительной степени материалом, и на другом ее конце исходный твердый материал обрабатывается кон­центрированным раствором. При этом достигается более равно­мерная работа аппаратов: на том конце установки, где вводят растворитель, удается повысить степень извлечения из глубины пор твердого материала, а на противоположном конце-эффективно использовать концентрированный раствор для экстракции с по­верхности кусков (зерен) твердого материала. В итоге повышается концентрация раствора, уменьшается расход растворителя и уве­личивается производительность аппаратуры.

В противоточных аппаратах мелкие частицы увлекаются жид­костью в направлении, противоположном движению твердой фазы. В связи с этим два прямоточных аппарата могут быть соединены так, чтобы установка в целом работала по принципу противотока.

В процессах экстракции конечный раствор должен быть отделен от твердого нерастворимого остатка (шлама), который для этой цели подвергают промывке. Промывку проводят на фильтрах, центрифугах и отстойниках. В непрерывных процессах экстракции обычно применяют противоточные схемы промывки, например на непрерывнодействующих барабанных вакуум-фильтрах.