Лекция № 11. Расчет и конструирование экстракционной установки.
Экстракцией называют процессы извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и значительно слабее или вовсе не растворяются остальные компоненты исходной смеси. Процессы массоотдачи в твердой фазе существенно отличаются от массоотдачи в жидкостях, поэтому процессы экстракции в системах "жидкость-жидкость" и в системах "жидкость - твердое тело" рассматриваются раздельно.
1) Экстракция в системах "жидкость-жидкость"
Процессы экстракции в системах "жидкость-жидкость" эффективно используются для выделения в чистом виде различных продуктов, извлечения и разделения редких и рассеянных элементов, очистки сточных вод и др.
Исходная жидкая смесь обрабатывается экстрагентом, который нерастворим или малорастворим в исходной смеси. В результате взаимодействия экстрагента с исходным раствором образуются: экстракт - раствор извлеченных из исходной смеси компонентов в экстрагенте и рафинат - жидкая смесь, обедненная извлекаемыми компонентами и обычно содержащая некоторое количество экстрагента.
Разделение жидкой смеси методом экстракции складывается из следующих процессов:
смешение исходной смеси с экстрагентом для создания между ними тесного контакта;
разделение двух несмешивающихся жидких фаз (экстракта и рафината);
регенерация экстрагента, т.е. удаление его из экстракта и рафината.
Полученные жидкие фазы (экстракт и рафинат) отделяются друг от друга отстаиванием, иногда центрифугированием. После этого производят извлечение целевых продуктов из экстракта и регенерацию экстрагента из рафината.
На рисунке 41 показана принципиальная схема экстракции (без регенерации экстрагента).
А + В С
(
исходная
смесь)
(избирательный растворитель)
Экстракция
С + А В
(экстракт) (рафинат)
Рисунок 41 – Принципиальная схема экстракции.
Соответствующие компоненты выделяются из экстракта ректификацией или путем реэкстракции, например, перевода их в водный раствор. Во избежание потерь экстрагента, растворенного или унесенного рафинатом, экстрагент выделяют ректификацией или экстракцией другим растворителем и возвращают для последующего использования. Схема процесса непрерывной экстракции приведена на рисунке 42. Процесс собственно экстракции происходит в колонном экстракторе 1, после чего производится выделение извлеченных веществ из экстракта (в ректификационной колонне 2) и экстрагента из рафината (в ректификационной колонне 3).
Рисунок 42 – Принципиальная схема непрерывной экстракции в системе "жидкость-жидкость". 1 - колонный экстрактор; 2 - ректификационная колонна для выделения извлеченных веществ из экстракта; 3 - ректификационная колонна для регенерации экстрагента из рафината.
Экстракцию проводят в аппаратах, называемых экстракторами. По принципу организации процесса все экстракторы могут быть разделены на периодически действующие и непрерывнодействующие. Классификация экстракторов приведена на рисунке 43.