Методы экстрагирования

По способу проведения процесса экстрагирования различают ступенчатое экстрагирование и непрерывное дифференциальное контактирование.

Ступенчатое экстрагирование осуществляется путем смешения исходной смеси с экстрагентом и последующего отстаивания фаз в отдельных аппаратах. Затем операция повторяется. Экстрактор с мешалкой и отстойник попарно об­разуют ступени. В каждой ступени система приближается к состоянию равно­весия.

Непрерывное контактирование жидкостей может осуществляться, напри­мер, в противоточной насадочной экстракционной колонне. Выделение экстрагента из конечных рафината и экстракта, как правило, производится в ректификационных установках.

В простейшем случае в процессе экстрагирования участвуют три веще­ства: исходная смесь F двух взаимно растворимых компонентов А и В, подле­жащая разделению, и экстрагент С, не полностью смешивающийся с исходной смесью и способный растворять главным образом один из компонентов, напри­мер В.

На рис.1 представлена треугольная диаграмма. Точки А, В и С - вершины треугольника — соответствуют чистым (100%) веществам: А — первичному растворителю или неизвлекаемому компоненту; В — экстрагируемому компонен­ту; С — вторичному растворителю.

На каждой стороне треугольника распо­лагается шкала от 0 до 1 (или от 0 до 100%). Она может быть выражена в процентах, а также в массовых (х) или в мольных (х) до­лях.

На шкалах диаграмм отложены массовые процент: па стороне АВ — проценты массы х_В компонента В, на стороне ВС — х_C экстрагента С и на стороне СА — х_а компонента А.

Для треугольных диаграмм характер­ны следующие особенности.

А) Если через любую точку М внутри треугольника АВС провести линии, парал­лельные сторонам треугольника ( рис1.), то получим соответственно прямые: md - линию х_A = const, еp - линию x_B = const ; fo—линию х_C = const ;

Легко доказать, что x_B + x_C + x_A =ke+no+dq= ke+em+mn= AB=100%

Таким образом, любой точке М внутри треугольника соответствует определенный состав тройной смеси, как показано стрелками на рис. Из точки М на каждую шкалу падают два луча, однако пользоваться следует тем лучом, который показывает меньшее значение соответствующего х

Если точка М окажется на одной из сторон треугольника, то это будет означать, что смесь состоит только из двух компонентов. Так, точке М на рис.2 соответствует бинарная смесь компонентов состава: 68 масс. % ком­понента В и 32 масс. % компонента А.

Если из вершины треугольника пронести прямую, например ВD ( рис.2 ), то все точки на этой линии характеризуются постоянным соотно­шением количества компонентов А и С, гак как для любой точки на линии ВD отношение х_А / х_С = const. Поскольку перемещение, например, из точки D в точку Р можно рассматривать, как разбавление исходной двухкомпонентной смеси А и С компонентом В. Это вызывает изменение состава трехкомпонентной системы, но исходное соотноше­ние между концентрациями компонентов А и С остается неизменным.

В) Если смешиваются два раствора, массы которых K и N, то масса обра­зовавшейся смеси М будет равна: М = К + М

При этом справедливо так называемое правило рычага. Именно, если на диаграмме (рис. 3) составы исходных растворов характеризуются точками K и N, а состав образовавшейся смеси — точкой M, то последняя, всегда распо­лагается на прямой КN. Положение точки М на прямой КN определяется из соотношений K / MN = N / KM = M / KN:

где МN, КМ и КN—измеренные в одинаковом масштабе отрезки прямой KN. Обратная задача — разделение смеси М, состав которой определяется точкой М, на две смеси К и N на треугольной диаграмме осуществляется ана­логично: точки К, М и N лежат на одной прямой. Удаление точек К и N от точки М зависит от того, каковы должны быть составы смесей К и N .

Если заданы составы смесей, характеризуемые точками К, М и N , например по компоненту В, то, отметив эти точки на диаграмме и измерив получившиеся отрезки, найдем:

MN x_BM - x_BN КM x_Bк - x_BМ

К= M------- = M --------------- и N = M------- = -------------------

KN x_BK - x_BN КN x_BK - x_BN

г) Если различные смеси компонентов А, В и С, например, такие, состав которых характеризуется точками К, L и Q (рис. 4), смешиваются порознь со смесью, состав которой характеризуется точкой Р, то образуются новые смеси, составы которых характеризуются точками N, О и Т, лежащими на прямых КР,LP и QP.