2.3. Схемы экстракции.

В химических производствах используются следующие схемы экстракции: одноступенчатая (однократная) экстракция, многоступенчатая экстракция с перекрестным током растворителя, многоступенчатая экстракция с противотоком растворителя. Приведем некоторые из них:

Рисунок 1 - Диаграмма процесса экстракции.

2.3.1.Одноступенчатая экстракция.

Исходный раствор и экстрагент перемешиваются в смесителе 1 (рисунок 2 ), после чего разделяются в отстойнике 2 на два слоя: экстракт Е и рафинат R.

Рабочая концентрация извлекаемого компонента в исходной смеси больше равновесной, а в экстрагенте меньше равновесной, следовательно, компонент будет переходить из исходной смеси в экстрагент до тех пор, пока не достигнуто фазовое равновесие между экстрактом и рафинатом.

Такой однократный контакт между исходной смесью и экстрагентом, когда устанавливается полное фазовое равновесие между экстрактом и рафинатом называется ступенью изменения концентрации при экстракции.

Рисунок 2 - Схема одноступенчатой экстракции: 1 – смеситель; 2 - отстойник

При взаимной нерастворимости фаз процесс экстракции можно изобразить на прямоугольной диаграмме (рисунок 3).

Для построения диаграммы одноступенчатой экстракции в координатах Х-У (массовые относительные доли) (рисунок 3) наносят равновесную линию у* = f(x) и откладывают на оси абcцисс начальную точку “а” с координатами ( х₀ = х_н и у = 0). Из точки “а” проводят рабочую линию под углом tg = Ga/G_G,

где G_a - количество воды в исходном растворе, кг;

G_G - количество экстрагента, кг.

Рисунок 3 - Прямоугольная диаграмма одноступенчатой экстракции

Прямую из точки “а“ продолжают до пересечения с линией равновесия в точке “в”.

Координаты точки “в” выражают составы получаемых экстракта у_к и рафината х_к^..

Чем больше количество экстрагента G_G, тем меньше tg и, следовательно, тем меньше содержание извлекаемого компонента в экстракте и рафинате.

Приведенная прямоугольная диаграмма справедлива, если экстрагент и раствор, содержащий извлекаемый компонент, являются взаимно нерастворимыми. Если же они взаимно растворимы, то для такой трехкомпонентной системы равновесные соотношения изображаются с помощью треугольных диаграмм, которые строятся для постоянной температуры. Их построение и использование при расчете процессов экстракции приводится в специальной литературе [1, 2].

2.3.2.Многоступенчатая экстракция в перекрестном токе.

В силу действия закона распределения при экстрагировании никогда не удается извлечь вещество полностью (на 100%). Полнота экстрагирования будет гораздо большей, если раствор обрабатывать многократно малыми порциями растворителя, отделяя каждый раз полученный экстракт от первоначального раствора, чем при однократной обработке раствора сразу большой порцией растворителя.

Экстракция в перекрестном токе проводится в нескольких ступенях через которые последовательно движется исходный раствор. В каждую ступень вводится свежий экстрагент, а из нее отводится экстракт.

Пpи достаточном числе ступеней экстракции достигается высокая степень очистки конечного рафината, который удаляется из последней ступени (рисунок 4).

Рисунок 4 - Схема трехступенчатой экстракции при перекрестном токе.

Существенным недостатком этого способа экстракции является весьма большой расход экстрагента и соответственно низкая концентрация экстракта, что удорожает его регенерацию.