15.4.2 Противоточная экстракция с флегмой

Во всех рассмотренных выше способах проведения процесса экстракции концентрации распределяемых компонентов, в выходящем из установки экстракте не могли превышать их концентрации, соответствующие равновесию с исходным раствором. С целью увеличения концентрации экстрагируемых компонентов в экстракте, а также уменьшения в нем концентрации частично растворимых инертных компонентов (растворителей) применяют противоточную экстракцию с флегмой. Рассмотрим этот способ на примере многоступенчатой установки, имея в виду, что аналогичным образом его можно проводить и при непрерывной экстракции.

Исходная смесь поступает на промежуточную ступень под номеромf (рис.15.19). Экстракт, выходящий из 1-й ступени, поступает в регенератор Р, где из него с помощью перегонки выделяется экстрагент, возвращаемый для повторного использования. Оставшаяся часть экстракта делится на две части одинакового состава: конечный экстракт и флегму, направляемую в 1-ю ступень экстракционной установки. Поскольку флегма содержит большую концентрацию экстрагируемых компонентов и малую концентрацию инертных (растворителей) по сравнению с исходной смесью, то на ступенях с 1-й до (f 1)-й происходит обогащение экстракта первыми и обеднение его вторыми. Растворители переходят в рафинат, увеличивая его выход. В целом применение флегмы увеличивает степень разделения исходной смесина экстракт, содержащий большую концентрацию экстрагируемых компонентов, и рафинат, с большей долей инертных компонентов.

Рис.15.19. Схема процесса многоступенчатой противоточной экстракции с флегмой

Определение составов и расходов фаз на каждой ступени может производится решением системы уравнений вида (15.25)(15.27). Применение флегмы приводит к увеличению расходов фаз и, соответственно, размеров ступеней, а также к возрастанию расхода экстрагента, но позволяет сократить число ступеней, необходимых для достижения требуемой степени разделения. Выбор оптимального расхода флегмы схож с нахождением оптимального флегмового числа при ректификации и производится на основе минимизации экономических затрат. При этом на расход флегмы накладывается дополнительное ограничение, связанное с существованием двух жидких фаз, то есть возврат флегмы не должен приводить к полной взаимной растворимости компонентов. Применение противоточной экстракции с флегмой оказывается выгодной, как правило, при низких концентрациях распределяемых компонентов в исходной смеси и невысоких их коэффициентах распределения.

15.4.3 Фракционная экстракция

Еще одним способом экстракции, применяемым с целью повышения степени разделения исходной смеси, является фракционная экстракция (экстракция двумя экстрагентами). Экстрагенты должны иметь как можно меньшую растворимость друг в друге и преимущественно растворять различные компоненты исходной смеси. Процесс фракционной экстракции осуществляется в многоступенчатых или непрерывных противоточных установках. Рассмотрим его на примере четырехкомпонентной системы при многоступенчатой экстракции.

Пусть имеется исходная смесь , состоящая из компонентовА и В. Для ее разделения используются два экстрагента: S, преимущественно растворяющий В, и , преимущественно извлекающий А. В случае фракционной экстракции компоненты исходной смеси распределяются между двумя фазами, основу которых составляют соответствующие экстрагенты. Таким образом оба конечных продукта должны называться экстрактами, однако для удобства сохранения всех обозначений один из них, пусть с преимущественным содержанием и А, обычно, называют рафинатом, Исходная смесь поступает на промежуточную ступень под номеромf (рис.15.20). На первую ступень подается экстрагент , а на последнюю экстрагент S. Отбор экстракта и рафината осуществляется, соответственно, из 1-й и m-й ступени. Концентрации и расходы фаз на выходе из каждой ступени могут находиться решением системы уравнений, аналогичной (15.25) (15.27).

Рис.15.20. Схема процесса фракционной многоступенчатой противоточной экстракции

Недостатком фракционной экстракции является значительный расход двух экстрагентов, а также необходимость регенерации каждого из них. Этот способ применяется, обычно, при невозможности подобрать один экстрагент с высокой селективностью.