70.Принципиальные схемы проведения экстрагирования.

Промышленные методы экстрагирования. В зависимости от способа осуществления контакта между исходной смесью и растворителем и числом применяемых для данной экстракции растворителей промышленные методы экстрагирования можно объединить в следующие группы: Экстрагирование перекрестным током с одним растворителем. Экстрагирование противотоком с одним растворителем. Экстрагирование двумя растворителями. Каждый из перечисленных методов практически может быть осуществлен в аппаратуре периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия отличаются тем, что в них исходная смесь и растворитель загружаются в экстрактор периодически порционно и в процессе экстракции непрерывно может выделяться только один компонент исходной смеси. В установках непрерывного действия загрузка как исходной смеси, так и растворителя осуществляется непрерывно и непрерывно же выделяются оба компонента разделяемой исходной смеси. Экстрагирование перекрестным током с одним растворителем

В простейшем случае экстрагирование может быть осуществлено, как это представлено на рис. 419,1, путем однократного контакта в экстракторе типа обычного смесителя с механической мешалкой. После смешения исходной смеси с растворителем смесь передается в сепаратор, где и происходит расслаивание ее на две фазы–экстракт и рафинат. Затем в смеситель наливают новую порцию исходной смеси и растворителя и после опоражнивания сепаратора от экстракта и рафинатановую смесь передают в сепаратор и т. д. Такая примитивная схема экстракции применяется исключительно редко, так как требуется весьма громоздкая аппаратура и расходуется много растворителя, а рафинат получается с большим содержанием экстрагируемого компонента, т. е. недостаточно чистый. В аппаратах такого типа можно проводить экстракцию и многоступенчатым контактом. В этом случае рафинат после разделения фаз возвращают в смеситель и дают свежую порцию растворителя. Затем смесь перемешивается и передается в сепаратор; в сепараторе она разделяется на экстракт и рафинат, последний вновь возвращают в смеситель и т. д. до тех пор, пока не будет получен рафинат заданногосостава. На рис. 419, // представлена схема многоступенчатого контакта с перекрестным током; при этом экстрагируемый компонент В отводится, а растворитель регенерируется и возвращается на экстракцию, что поз воляет работать с незначительными количествами растворителя. В этой схеме экстракт после разделения фаз в сепараторе при помощи насоса (не показанного на с хеме) передается в установку для разделения на компонент В и растворитель, после чего растворитель возвращается на экстрагирование. На рис. 419, 3 представлена такая же схема экстрагирования перекрестным током с многократным контактом, но отличающаяся от предыдущей тем, что часть экстрагируемого компонента В после его выделения из экстракта подается в сепаратор, представляющий собой колонный аппарат.

Рис. 419. Схемы периодически действующих установок экстрагирования с перекрестнымтоком и одним растворителем:

1-однократный контакт; 2, 3-многоступенчатый контакт с перекрестным током: 1-экстрактор; 2-сепаратор; 3-установка для регенерации растворителя; 4- разделительная колонна.

Рис. 420. Схема непрерывного многоступенчатого экстрагирования с перекрестным током и одним растворителем: 1—экстрактор; 2—сепаратор; 3—установка для регенерации растворителя.

Схемы, представленные на рис. 419, представляют собой установки экстрагирования периодического действия. Установки перекрестного тока могут работать и по принципу непрерывного действия. В такой многоступенчатой установке (рис. 420) каждая ступень состоит из смесителя, сепаратора и установки для разделения экстракта на экстрагируемый компонент В и растворитель. После расслаивания и разделения смеси от предыдущей ступени рафинат поступает в смеситель последующей ступени и смешивается с растворителем. Число ступеней подбирается с таким расчетом, чтобы в последней ступени получить рафинат заданного состава.

Независимо от того, как осуществляется экстракция перекрестным током-периодически или непрерывно, каждый этап обработки рафината (исключая случай одноконтактного процесса) растворителем представляет собой экстракционную ступень и, таким образом, экстрагирование перекрестным током представляет собой многоступенчатый процесс.

Экстрагирование перекрестным током имеет следующие весьма существенные недостатки, которые ограничивают применение этого метода в промышленности.

Методом экстракции с перекрестным током можно получить в чистом виде только один из компонентов бинарной исходной смеси, а именно тот компонент, который остается в рафинате, т. е. компонент А. Можно получить рафинат с высоким, приближающимся к 100%, содержа ниемчшмпонента А, например, за счет большого числа ступеней, однако это связано с большими потерями этого компонента. По мере возрастания содержания компонента А в рафинате выход его значительно уменьшается, так как на каждой ступени процесса определенная часть этого компонента удаляется с экстрактом.

Расход растворителя относительно большей, так как на каждой ступени приходится добавлять чистый растворитель. Однако если применяется дешевый растворитель, например вода, а экстракт регенерировать нет необходимости, то этот недостаток не является существенным. Учитывая перечисленные недостатки метода экстрагирования с перекрестным током, можно рекомендовать применение этого метода только в тех случаях, когда: 1) неэкстрагируемый компонент А исходной смеси необходимо получать в возможно более чистом виде, не считаясь с потерями его; не требуется проведение регенерации растворителя или процесс регенерации сравнительно прост;

коэффициент распределения Кв экстрагируемого компонента очень высок по сравнению с коэффициентом распределения /Сд очищаемого компонента А.

100. Экстрагирование противотоком с одним растворителем

Противоточное экстрагирование можно проводить как в смесителях, так и в колоннах. Во всех случаях противоточное экстрагирование с одним растворителем представляет собой многоступенчатый процесс непрерывного действия, в котором исходная смесь поступает в первую ступень, а растворитель-в последнюю, причем образующиеся две жидкие фазы-экстракт и рафинат непрерывно протекают противотоком один к другому (конечный экстракт вытекает из первой ступени установки, а конечный рафинат из последней). Таким образом, в установках подобного типа наиболее слабый раствор экстрагируемого компонента В

Рис. 423. Схема противоточного непрерывного многоступенчатого

экстраги рования: 1—экстрактор; 2—сепаратор; 3—установка для регенерации растворителя.

взаимодействует с наименее насыщенным этим компонентом растворителем и, наоборот, наиболее концентрированный раствор экстрагируемого ком­понента В взаимодействует с наиболее насыщенным этим компонентом растворителем. Этим обеспечивается полное извлечение экстрагируемого компонента из исходной смеси и наиболее высокая средняя движущая сила процесса, которая выражается разностью между равновесной и рабочей концентрациями экстрагируемого компонента.

На рис. 423 представлена схема противоточного экстрагирования с использованием в качестве экстракторов смесителей с механическими мешалками и разделением фаз в сепараторах. Вытекающий из первой ступени конечный экстракт Е_г передается в установку для регенерации растворителя и выделения компонента В. Конечный рафинат вытекает из последней ступени установки.

Н а рис. 424 представлены две схемы противоточного экстрагирования в колонных аппаратах. Исходная смесь поступает в верхнюю часть колонны, а растворитель в нижнюю. Растворитель с растворенным в нем компонентом В протекает в виде экстракта снизу вверх колонны, а исходная смесь и затем компонент А, з виде рафината, протекают сверху вниз. Поспе регенерации растворитель снова возвращается на экстраги­рование. Схема установки, показанная на рис. 424, У/, отличается тем, что экстрагирование проводится с орошением—чистый компонент В, после его отделения от экстракта, частично подается в верхний элемент колонны на орошение, чем обеспечивается более высокая степень чистоты разделяемых продуктов. Материальные расчеты противоточного экстрагирования, так же как и экстрагирования с перекрестным током, можно выполнить при помощи треугольных диаграмм. Для расчета должны быть заданы: состав исходной , смеси–точка F, состав исходного растворителя–точка S Рис. 424. Схемы проти для воточного экстрагирования в

колоннах: /–колонна; 2–установка регенерации растворителя.

состав конечного экстракта–точка Е₁ и состав конечного рафината – точка R_n. Сравнение противоточного многоступенчатого экстрагирования с экстрагированием перекрестным током приводит к следующим выводам: Для получения рафината одной и той же чистоты необходимо проводить противоточное экстрагирование с большим числом ступеней, чем при перекрестном токе. В этом отношении перекрестный ток более выгоден, чем противоток. При получении рафината одинаковой чистоты выход его в условиях противоточного процесса значительно выше, чем при перекрестном токе. Противоточный процесс имеет значительное преимущество и в отношении расхода растворителя. Так, например, на единицу объема исходной смеси при экстрагировании с перекрестным током требуется пятикратное количество растворителя для достижения заданной чистоты конечного рафината, в то время как при противоточном процессе этой чистоты рафината можно' достичь при однократном расходе раствори­теля независимо от числа ступеней.

Таким образом, противоточное экстрагирование следует предпочитать перекрестному току. Экстрагирование двумя растворителями

В экстрактор одновременно подают два растворителя, обладающие незначительной взаимной растворимостью и способные каждый избирательно растворять один из компонентов исходной смеси. На рис. 428 представлены схемы установок периодического действия с. двумя растворителями. По схеме рис. 428, /, смешение исходной смеси с обоими растворителями происходит в смесителе с механической мешалкой, а разделение фаз-в колонном аппарате, при этом экстракт отбирается из верхнего элемента колонны, а рафинат-из нижнего. Отделение компонентов В и А от растворителей происходит в отдельных, специально для этого предназначенных установках. Схема на рис. 428, // отличается тем, что один из растворителей вместе с исходной смесью подается в верхнюю часть колонны, другой же в нижний элемент колонны.

Рис. 429. Схема установки непрерывного действия для экстрагирования двумя растворителями:

1–колонна; 2- установка для регенерации растворителя S_B 3-установка для регенерации растворителя S_A-4-долнительные смесители (в случае работы с орошением). Рис. 428. Схемы установок периодического действия для

экстрагирования двумя растворителями: 1-смеситель; 2-колонна; 3- установка для регенерации легкогорастворителя; 4-установка для регенерации тяжелого растворителя;5-загрузочная емкость.

В установке непрерывного действия (рис. 429) исходная смесь поступает в среднюю часть колонны, растворители же подаются в колонну-один в верхний, другой-в нижний элемент. В некоторых случаях растворители перед поступлением в колонну смешиваются один с компонентом А, а другой с компонентом В, что способствует повышению степени чистоты извлека­емых из экстрагируемой смеси компонентов.