11 Екстракція

Вступ

Екстракція - вилучення одної або декількох розчинних речовин з однієї рідкої фази іншою, яка практично не змішується з першою.

Процес широко застосовується для вилучення цінних продуктів з розбавлених розчинів, а також для отримання концентрованих розчинів. Екстракція - це один з основних способів розділення рідких однорідних сумішей.

Рис. 11.0.1 Принципова схема поєднання процесів екстракції і ректифікації.

В більшості випадків екстракція використовується разом з ректифікацією. Нехай в розчиннику L розчинна розподіляюча речовин М, і концентрація розчину (вихідної суміші) незначна. Можна підібрати другий розчинник G (екстрагент) і очищений від речовини, що розподіляється, розчинник L (рафінат).

Оскільки витрата тепла на ректифікацію різко зменшується з ростом концентрації вихідної речовини, яка розділяється, в суміші, попереднє екстрагування дозволяє значно зменшити затрати тепла на розділення вихідної суміші.

Принципова схема поєднання і ректифікації показана на рис. 11 .0.1

11.1 Рівновага в процесах екстракції

Рівновага для систем рідина - речовина, що розподіляється, - рідина підлягає закону розподілення Відповідно до цього закону відношення рівноважних концентрацій розподіленої між двома рідкими фазами речовини при постійній температурі є величина постійна, вона називається коефіцієнтом розподілення.

Нехай фазами, що розподіляються, є G і L, а рівноважними концентраціями будують С_G1 і С_L1, С_G2 і С_L2, C_g3 і С_L3 , C_g і С_L , тоді за законом розподілення:

(11.1.1)

або

C_g=ψCl, (11.1.2)

де ψ - коефіцієнт розподілення.

В рівнянні (11.1.2) концентрація виражена в кг/м³. Якщо позначити концентрації речовини, що розподіляється в фазах, через у і х [в кг/кг інертної речовини(розчинника)] і позначити густини фаз G і L через ρ_G і ρ_l, рівняння (11.1.2) набуває вигляду:

(11.1.3)

де

(11.1.4)

Добутком (1+А_р)Х при малих концентраціях X можна знехтувати , тому

Y_p = A_pX (11.1.5)

11.2 Представлення екстракції в діаграма х-у

Якщо знехтувати взаємною розчинністю фаз G і L, то кожна з фаз буде являти двокомпонентний розчин. Тоді, відкладаючи рівноважні склади по осям координат х-у, згідно (11.1.5), отримуємо рівноважну лінію у вигляді прямої.

Але на практиці залежність (11.1.5) досить рідко відповідає рівновазі навіть в першому наближенні, так як коефіцієнт розподілення ψ в дійсності не є величиною постійною : він залежить не лише від природи взаємодіючих речовин, температури і тиску, але і від концентрацій. Тому лінія рівноваги в системі координат х-у має форму кривої Y_p =f(x). Величина ψ визначається для кожного окремого випадку дослідним шляхом.